(57)【要約】本発明は、偏波ビームスプリッタと９０度ハイブリッド回路との接続損失を低減し、かつ、製造コストの低減を図ったPLC型DP-QPSK復調器及びこれを用いた光伝送システムを提供する。本発明の一実施形態では、DP-QPSK信号を受信するPLC型DP-QPSK復調器（１）は、平面光波回路が形成された一つのPLCチップ（３）を備える。PLCチップ（３）の入力端（４）に入力ポート（In１〜３）が、出力端（５）に信号光の出力ポート（Ｏｕｔ１〜８）が設けられている。平面光波回路内に、DP-QPSK信号をＸ偏波のQPSK信号とＹ偏波のQPSK信号に分離する偏波ビームスプリッタ（３０）と、Ｘ偏波のQPSK信号と局所発振光および、Ｙ偏波のQPSK信号と局所発振光をそれぞれ混合して、各QPSK信号を直交成分Ｉ、Ｑに分離して出力する二つの９０度ハイブリッド回路（４１，４２）とが集積されている。
2011027895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波多重されたコヒーレント変調信号を受信して復調するPLC型復調器であって、
平面光波回路が形成された一つのPLCチップと、
前記PLCチップの入力端に設けられ、前記偏波多重されたコヒーレント変調信号を前記平面光波回路内に入力する第１の入力ポートと、
前記PLCチップの入力端に設けられ、局所発振光を前記平面光波回路内に入力する第２の入力ポートと、
前記第１の入力ポートから入力された前記偏波多重されたコヒーレント変調信号をＸ偏波のコヒーレント変調信号とＹ偏波のコヒーレント変調信号とに分離する少なくとも一つの偏波ビームスプリッタと、
前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号と前記第２の入力ポートから入力された局所発振光とを混合して出力する第１の９０度ハイブリッド回路と、
前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号と前記第２の入力ポートから入力された局所発振光とを混合して出力する第２の９０度ハイブリッド回路とを備え、
前記平面光波回路内に、前記少なくとも１つの偏波ビームスプリッタと、前記第１の９０度ハイブリッド回路と、前記第２の９０度ハイブリッド回路とが集積されていることを特徴とするPLC型復調器。
【請求項２】
Ｘ偏波の局所発振光とＹ偏波の局所発振光とが混合した光を、該Ｘ偏波の局所発振光と該Ｙ偏波の局所発振光とに分離する第２の偏波ビームスプリッタをさらに備え、
前記偏波ビームスプリッタおよび前記第２の偏波ビームスプリッタは、入力側カプラと出力側カプラとを有し、
前記入力側カプラが前記入力端に対向する前記PLCチップの出力端側に位置し、かつ前記出力側カプラが前記入力端側に位置するように、前記偏波ビームスプリッタおよび前記第２のビームスプリッタは設けられており、
前記入力端から前記出力端に向う方向と直交する方向に沿って、前記第１の９０度ハイブリッド回路、前記偏波ビームスプリッタ、前記第２の偏波ビームスプリッタ、および前記第２の９０度ハイブリッド回路がこの順番で配置されており、
前記PLC型復調器は、
前記第１の入力ポートと前記偏波ビームスプリッタの入力側カプラとを接続する導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する導波路と、
前記第２の入力ポートと前記第２の偏波ビームスプリッタの入力側カプラとを接続する導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する導波路と、
前記偏波ビームスプリッタの出力側カプラと前記第１の９０度ハイブリッド回路とを接続し、前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号および前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号の一方を伝送するための第１の導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する第１の導波路と、
前記偏波ビームスプリッタの出力側カプラと前記第２の９０度ハイブリッド回路とを接続し、前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号および前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号の他方を伝送するための第２の導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する第２の導波路と、
前記第２の偏波ビームスプリッタの出力側カプラと前記第１の９０度ハイブリッド回路とを接続し、前記Ｘ偏波の局所発振光号および前記Ｙ偏波の局所発振光の一方を伝送するための第３の導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する第３の導波路と、
前記第２の偏波ビームスプリッタの出力側カプラと前記第２の９０度ハイブリッド回路とを接続し、前記Ｘ偏波の局所発振光および前記Ｙ偏波の局所発振光の他方を伝送するための第４の導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する第４の導波路とをさらに備え、
前記第１の導波路の光路長と前記第２の導波路の光路長とは同一であることを特徴とする請求項１に記載のPLC型復調器。
【請求項３】
前記第１の導波路の光路長、前記第２の導波路の光路長、前記第３の導波路の光路長、および前記第４の導波路の光路長は同一であり、
前記第２の導波路と前記第３の導波路とが交差角２θで交差しており、
前記第１の導波路は、前記偏波ビームスプリッタの出力側カプラに接続された第１の曲げ導波路と、該第１の曲げ導波路に接続された第１の直線導波路と、該第１の直線導波路に接続された第２の曲げ導波路とを有し、
前記第２の導波路は、前記偏波ビームスプリッタの出力側カプラに接続された第３の曲げ導波路と、該第３の曲げ導波路に接続された第２の直線導波路と、該第２の直線導波路に接続された第４の曲げ導波路とを有し、
前記第３の導波路は、前記第２の偏波ビームスプリッタの出力側カプラに接続された第５の曲げ導波路と、該第５の曲げ導波路に接続された第３の直線導波路と、該第３の直線導波路に接続された第６の曲げ導波路とを有し、
前記第４の導波路は、前記第２の偏波ビームスプリッタの出力側カプラに接続された第７の曲げ導波路と、該第７の曲げ導波路に接続された第４の直線導波路と、該第４の直線導波路に接続された第８の曲げ導波路とを有し、
前記第１、第３、第５、および第７の曲げ導波路は、曲げ半径ｒ、中心角θの扇形の円弧と同一の形状であり、
前記第２、第４、第６、および第８の曲げ導波路は、曲げ半径ｒ、中心角がπ−２θ（０＜θ＜π／２）よりも大きい角度の扇形の円弧と同一の形状であり、
前記第１、第２、第３、および第４の直線導波路の長さｌは、前記出力側カプラの近接する２本の導波路の間隔をｐとすると、ｌ＝（２ｒｃｏｓθ−ｒ−ｐ／２）／ｓｉｎθの関係を満たし、
前記第２の直線導波路と前記第４の曲げ導波路との境界、および前記第３の直線導波路と前記第５の曲げ導波路との境界において、前記第２の導波路と前記第３の導波路とは交差していることを特徴とする請求項２に記載のPLC型復調器。
【請求項４】
前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号が伝搬する経路と前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号が伝搬する経路は、前記入力端から前記PLCチップの出力端までの実効光路長が全て同じになるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のPLC型復調器。
【請求項５】
前記偏波ビームスプリッタは二つ以上あり、
前記偏波ビームスプリッタ同士および前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路同士が近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のPLC型復調器。
【請求項６】
前記偏波ビームスプリッタが二段以上カスケード接続されていることを特徴とする請求項５に記載のPLC型復調器。
【請求項７】
前記PLCチップは略正方形に近い矩形であり、
該矩形のPLCチップの中央部に一段目の偏波ビームスプリッタが形成され、該一段目の偏波ビームスプリッタを挟んで並列的に二段目の第２および第３の偏波ビームスプリッタがそれぞれ形成されており、
前記第２の偏波ビームスプリッタの、前記一段目の偏波ビームスプリッタと反対側に前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路の一方が形成され、前記第３の偏波ビームスプリッタの、前記一段目の偏波ビームスプリッタと反対側に前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路の他方が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のPLC型復調器。
【請求項８】
前記一段目の偏波ビームスプリッタの出力端と、前記第２の偏波ビームスプリッタの入力端とが、当該出力端から当該入力端へ向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きい曲げ導波路を折り返し導波路として接続されており、
かつ、前記一段目の偏波ビームスプリッタの出力端と、前記第３の偏波ビームスプリッタの入力端とが、当該出力端から当該入力端へ向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きい曲げ導波路を折り返し導波路として接続されていることを特徴とする請求項７に記載のPLC型復調器。
【請求項９】
前記第２の偏波ビームスプリッタの出力端と、前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路の一方の入力端とが、当該出力端から当該入力端へ向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きい曲げ導波路を第１の折り返し導波路として接続されており、かつ、
前記第３の偏波ビームスプリッタの出力端と前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路の他方の入力端とが、当該出力端から当該入力端へ向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きい曲げ導波路を第２の折り返し導波路として接続されていることを特徴とする請求項７に記載のPLC型復調器。
【請求項１０】
前記偏波ビームスプリッタが、前記偏波ビームスプリッタの入力端としての入力側カプラおよび前記偏波ビームスプリッタの出力端としての出力側カプラと、該両カプラ間に接続された二つのアーム導波路とを備えたマッハツェンダー干渉計であることを特徴とする請求項１に記載のPLC型復調器。
【請求項１１】
前記偏波ビームスプリッタ、前記第２の偏波ビームスプリッタ、および前記第３の偏波ビームスプリッタがそれぞれ、偏波ビームスプリッタの入力端としての入力側カプラおよび偏波ビームスプリッタの出力端としての出力側カプラと、該両カプラ間に接続された二つのアーム導波路とを備えたマッハツェンダー干渉計であり、
前記第２の偏波ビームスプリッタの出力側カプラのクロスポートと、前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路の一方の入力側カプラとが前記第１の折り返し導波路で接続されており、
かつ、前記第３の偏波ビームスプリッタの出力側カプラのクロスポートと、前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路の他方の入力側カプラとが前記第２の折り返し導波路で接続されていることを特徴とする請求項９に記載のPLC型復調器。
【請求項１２】
前記第２の入力ポートは、前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号と同じ偏波でかつ同じ波長のＸ偏波の局所発振光の入力ポートと、前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号と同じ偏波でかつ同じ波長のＹ偏波の局所発振光の入力ポートとを有することを特徴とする請求項１に記載のPLC型復調器。
【請求項１３】
前記偏波ビームスプリッタで分離された前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号が伝搬する第１の経路であって、前記偏波ビームスプリッタと前記第１の９０度ハイブリッド回路とを接続する第１の経路と、
前記偏波ビームスプリッタで分離された前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号が伝搬する第２の経路であって、前記偏波ビームスプリッタと前記第２の９０度ハイブリッド回路とを接続する第２の経路と、
前記第１の経路または前記第２の経路に挿入された半波長板とをさらに備え、
前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路には、信号が同じ偏波状態でそれぞれ入射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のPLC型復調器。
【請求項１４】
前記第２の入力ポートの数は一つであり、
前記第２の入力ポートから入力されるＸ偏波或いはＹ偏波の局所発振光を前記平面光波回路内で分離して前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路にそれぞれ入射するように構成された経路をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のPLC型復調器。
【請求項１５】
前記第２および第３の偏波ビームスプリッタのみを通過させる光を入力するための二つの検査用入力ポートと、
前記第２および第３の偏波ビームスプリッタをそれぞれ通過した光を出力するための二つの検査用出力ポートとをさらに備え、
前記一段目の偏波ビームスプリッタの二つのアーム導波路の少なくとも一方にヒータが設けられていることを特徴とする請求項７に記載のPLC型復調器。
【請求項１６】
PLC型復調器を用いた光伝送システムであって、
光波を変調して偏波多重された光信号を出力する送信機と、
前記送信機から出力された前記偏波多重された光信号を伝送する光伝送路と、
前記伝送路を伝送した前記偏波多重された光信号をコヒーレント受信する受信機とを備え、
前記受信機は、
局所発振光を出力する光源と、
請求項１に記載のPLC型復調器と、
Ｘ偏波のIチャンネル用およびＱチャンネル用の光検出器と、
Ｙ偏波のIチャンネル用およびＱチャンネル用の光検出器と、
デジタル信号処理回路と
を備えることを特徴とする光伝送システム。
【請求項１７】
前記変調の方法は、四値位相変調であることを特徴とする請求項１６に記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ偏波光およびＹ偏波光についてそれぞれコヒーレント変調した上で偏波多重した、偏波多重コヒーレント変調信号を受信するPLC型復調器及びこれを用いた光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ偏波光およびＹ偏波光についてそれぞれ変調して偏波多重し、デジタルコヒーレント受信機によって復調を行う、偏波多重デジタルコヒーレント伝送方式が大容量信号伝送の変調方式として有望である。ここでコヒーレント伝送方式とは、送信側で光の位相、あるいは光の位相に加えて振幅までもが変調されており、受信側においては、９０度ハイブリッドと呼ばれる干渉回路を用いて局所発振光（LO光）と伝送後の信号光を混合し、さらにバランスドフォトディテクター（B-PD）により受光することで、光の電場を複素数とみなした時の実数部と虚数部を分離して復調する変調方式である。ただし、受信機では入力された偏波多重信号の偏波分離を光学的に行うが、そこで用いられる偏波ビームスプリッタ（PBS）の基底偏波状態と、偏波多重信号光の基底偏波状態は一般には一致しないため、PBSより出力される二つの直交偏波成分は、偏波多重が逆多重された信号光とはならない。【０００３】
ところが、光学的に偏波分離されたそれぞれの成分について、B-PDより出力された電気信号に対してデジタル信号処理を行うことにより、偏波逆多重を行うことができる。さらには、デジタル信号処理によって、信号光とLO光との相対位相差の推定や、分散補償、誤り訂正等の処理も行うことが可能である。【０００４】
このように、偏波多重コヒーレント変調信号に対して、受信機でデジタル信号処理を行うことで、光学的な処理を極めて簡略化し、さらには受信特性をも向上させる方式を偏波多重デジタルコヒーレント伝送方式と呼び、非常に有望視されている。【０００５】
コヒーレント変調方式の中で代表的かつ実用的な方法として、四値位相変調方式の普及が進んでおり、偏波多重した四値位相変調方式は、DP-QPSK（Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying；偏波多重四値位相変調方式）として知られている。このDP-QPSK変調方式では、シンボルレートが10GSymbol/sの場合、ビットレートは40Gbit/sとなり、シンボルレートが25GSymbol/sの場合、ビットレートは100Gbit/sとなるので、周波数利用効率を高めることができる。なお、単にDP-QPSK変調方式とは、復調時にデジタルコヒーレント受信機を適用した方式であることを意味する。【０００６】
DP-QPSK変調方式の復調器（DP-QPSK復調器）では、まずＸ偏波のQPSK信号とＹ偏波のQPSK信号とを多重したDP-QPSK信号を、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）によってＸ偏波のQPSK信号とＹ偏波のQPSK信号とに分離する。さらに、Ｘ偏波用の９０度ハイブリッドおよびＹ偏波用の９０度ハイブリッドにより、分離されたＸ偏波のQPSK信号およびＹ偏波のQPSK信号と局所発振光（ＬＯ光）とをそれぞれ混合する。これにB-PDを組み合わせて受光することにより、各偏波の位相変調信号（QPSK信号光）を強度変調信号にそれぞれ変換し、各偏波における信号光電場の実部と虚部に対応した成分（Ｉ成分とＱ成分）を独立に取り出す。なお９０度ハイブリッドとは一般に、入力された信号光と局所発振光をそれぞれ二分岐し、二分岐された局所発振光に光波の相対位相差として９０度の位相差を与えた後、二分岐された一方の信号光と局所発振光、および二分岐されたもう一方の信号光と局所発振光をそれぞれ混合する回路として知られている。【０００７】
従来技術として、ＰＢＳや９０度ハイブリッドはそれぞれ個別に、空間光学系や石英系平面光波回路(PLC: Planar Lightwave Circuit)PLCで実現されている（非特許文献１〜６参照）。【０００８】
非特許文献１〜３では、一つのPLC上で、カプラとＰＢＳの組み合わせによる構成の９０度ハイブリッドが開示されており、それぞれIQ成分間の光導波路長を同一とすることで、IQ成分間の時間差（スキュー）を低減する技術が示されている。【０００９】
文献４、５、６には、ＰＢＳが一つのPLC上に構成されたものが開示されている。また、文献６には、複数のＰＢＳが縦列接続され、2段構成としたPLCが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】井上靖之他、「石英系PLCを用いた光９０度ハイブリッド」1994年電子情報通信学会秋季大会、C-259
【非特許文献２】細矢正風他、「PLCを用いた９０°ハイブリッド・バランス型光受信モジュールの構成技術」、電子情報通信学会技術研究報告.光通信システムOCS-95 pp.49-54
【非特許文献３】S. Norimatsu et al.，”An Optical 90-Hybrid Balanced Receiver Module Using a Planar Lightwave Circuit，” IEEE Photon. Technol. Lett.， Vol.6， No.6， pp.737-740 (1994)
【非特許文献４】M. Okuno et al.，”Birefringence Control of Silica Waveguides on Si and Its Application to a Polarization-Beam Splitter/Switch，”J. Lightwave Technol.， Vol.12， No.4， pp.625-633
【非特許文献５】Y. Hashizume et al.”Integrated polarisation beam splitter using waveguide birefringence dependence on waveguide core width，”Electron. Lett.， Vol.37， No.25， pp.1517-1518 (2001)
【非特許文献６】N. Matsubara et al.，”SILICA-BASED PLC-TYPE POLARIZATION BEAM SPLITTER WITH >30dB HIGH EXTINCTION RATIO OVER 75nm BAND WIDTH，”MOC2005， C2 (2005)
【発明の概要】
【００１１】
ところで、上記非特許文献１〜６に開示されているような個別のデバイスに形成されたＰＢＳや９０度ハイブリッドを組み合わせて、DP-QPSK信号を受信し、各偏波成分のＩ成分とＱ成分を独立に取り出すDP-QPSK復調器を構成する場合には、次のような問題が発生する。
【００１２】
DP-QPSK復調器は、ＰＢＳと、該ＰＢＳと別個に形成された（すなわち、異なるチップ上に形成された）９０度ハイブリッドとを備える構成であるので、ＰＢＳが形成された一つのデバイス（例えばPLC）と９０度ハイブリッドが形成された別のデバイス（例えばPLC）とを光接続する必要がある。そのため、接続損失が生じると共に、その光接続のための調芯作業や接合作業が必要になり、工程が増え、製造コストが増大する。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に着目して為されたもので、その目的は、偏波ビームスプリッタと９０度ハイブリッド回路との接続損失を低減し、かつ、製造コストの低減を図ったPLC型復調器及びこれを用いた光伝送システムを提供することにある。
【００１４】
また、本発明者らは、鋭意研究の結果、ＰＢＳと９０度ハイブリッドとを一つのPLC上に構成した場合、ＸＹ偏波成分間のスキューが大きくなってしまうという問題を発見し、これを改善する構成を発明した。
【００１５】
ＰＢＳで分離されたＸ偏波のQPSK信号とＹ偏波のQPSK信号とがそれぞれ二段目のＰＢＳ或いは、Ｘ偏波およびＹ偏波用の９０度ハイブリッド回路をそれぞれ伝搬する際、経路長に差があると、それらの信号が出力される時間に差が発生してしまう。この時間差（スキュー）は、例えば、シンボルレートの逆数で規定される、シンボル時間間隔の100分の1以下が望ましく、10GSymbol/sの信号に対しては、1ps以下であることが望ましい。スキューを1ps以下にするには、光路長差を真空中で約300mm、屈折率が約1.5のシリカガラス中では約200mm以下にする必要があり、空間光学系を用いた場合や、要素部品を光ファイバで接続する場合には、調整に困難を伴う精度である。
【００１６】
そこで、本発明の別の目的は、ＸＹ偏波成分間のスキューを低減した高性能なPLC型復調器及びこれを用いた光伝送システムを提供することにある。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、  偏波多重されたコヒーレント変調信号を受信して復調するPLC型復調器であって、平面光波回路が形成された一つのPLCチップと、前記PLCチップの入力端に設けられ、前記偏波多重されたコヒーレント変調信号を前記平面光波回路内に入力する第１の入力ポートと、前記PLCチップの入力端に設けられ、局所発振光を前記平面光波回路内に入力する第２の入力ポートと、前記第１の入力ポートから入力された前記偏波多重されたコヒーレント変調信号をＸ偏波のコヒーレント変調信号とＹ偏波のコヒーレント変調信号とに分離する少なくとも一つの偏波ビームスプリッタと、前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号と前記第２の入力ポートから入力された局所発振光とを混合して出力する第１の９０度ハイブリッド回路と、前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号と前記第２の入力ポートから入力された局所発振光とを混合して出力する第２の９０度ハイブリッド回路とを備え、前記平面光波回路内に、前記少なくとも１つの偏波ビームスプリッタと、前記第１の９０度ハイブリッド回路と、前記第２の９０度ハイブリッド回路とが集積されていることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、偏波ビームスプリッタと二つの９０度ハイブリッド回路とを光接続のための調芯作業や接合作業が不要になるので、偏波ビームスプリッタと二つの９０度ハイブリッド回路との間の接続損失が無く、製造コストを低減することができる。
【００１９】
本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、Ｘ偏波の局所発振光とＹ偏波の局所発振光とが混合した光を、該Ｘ偏波の局所発振光と該Ｙ偏波の局所発振光とに分離する第２の偏波ビームスプリッタをさらに備え、前記偏波ビームスプリッタおよび前記第２の偏波ビームスプリッタは、入力側カプラと出力側カプラとを有し、前記入力側カプラが前記入力端に対向する前記PLCチップの出力端側に位置し、かつ前記出力側カプラが前記入力端側に位置するように、前記偏波ビームスプリッタおよび前記第２のビームスプリッタは設けられており、前記入力端から前記出力端に向う方向と直交する方向に沿って、前記第１の９０度ハイブリッド回路、前記偏波ビームスプリッタ、前記第２の偏波ビームスプリッタ、および前記第２の９０度ハイブリッド回路がこの順番で配置されており、前記PLC型復調器は、前記第１の入力ポートと前記偏波ビームスプリッタの入力側カプラとを接続する導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する導波路と、前記第２の入力ポートと前記第２の偏波ビームスプリッタの入力側カプラとを接続する導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する導波路と、前記偏波ビームスプリッタの出力側カプラと前記第１の９０度ハイブリッド回路とを接続し、前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号および前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号の一方を伝送するための第１の導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する第１の導波路と、前記偏波ビームスプリッタの出力側カプラと前記第２の９０度ハイブリッド回路とを接続し、前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号および前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号の他方を伝送するための第２の導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する第２の導波路と、前記第２の偏波ビームスプリッタの出力側カプラと前記第１の９０度ハイブリッド回路とを接続し、前記Ｘ偏波の局所発振光号および前記Ｙ偏波の局所発振光の一方を伝送するための第３の導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する第３の導波路と、前記第２の偏波ビームスプリッタの出力側カプラと前記第２の９０度ハイブリッド回路とを接続し、前記Ｘ偏波の局所発振光および前記Ｙ偏波の局所発振光の他方を伝送するための第４の導波路であって、伝搬する光を折り返すように曲がった領域を有する第４の導波路とをさらに備え、前記第１の導波路の光路長と前記第２の導波路の光路長とは同一であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第３の態様は、上記第２の態様において、前記第１の導波路の光路長、前記第２の導波路の光路長、前記第３の導波路の光路長、および前記第４の導波路の光路長は同一であり、前記第２の導波路と前記第３の導波路とが交差角２θで交差しており、前記第１の導波路は、前記偏波ビームスプリッタの出力側カプラに接続された第１の曲げ導波路と、該第１の曲げ導波路に接続された第１の直線導波路と、該第１の直線導波路に接続された第２の曲げ導波路とを有し、前記第２の導波路は、前記偏波ビームスプリッタの出力側カプラに接続された第３の曲げ導波路と、該第３の曲げ導波路に接続された第２の直線導波路と、該第２の直線導波路に接続された第４の曲げ導波路とを有し、前記第３の導波路は、前記第２の偏波ビームスプリッタの出力側カプラに接続された第５の曲げ導波路と、該第５の曲げ導波路に接続された第３の直線導波路と、該第３の直線導波路に接続された第６の曲げ導波路とを有し、前記第４の導波路は、前記第２の偏波ビームスプリッタの出力側カプラに接続された第７の曲げ導波路と、該第７の曲げ導波路に接続された第４の直線導波路と、該第４の直線導波路に接続された第８の曲げ導波路とを有し、前記第１、第３、第５、および第７の曲げ導波路は、曲げ半径ｒ、中心角θの扇形の円弧と同一の形状であり、前記第２、第４、第６、および第８の曲げ導波路は、曲げ半径ｒ、中心角がπ−２θ（０＜θ＜π／２）よりも大きい角度の扇形の円弧と同一の形状であり、前記第１、第２、第３、および第４の直線導波路の長さｌは、前記出力側カプラの近接する２本の導波路の間隔をｐとすると、ｌ＝（２ｒｃｏｓθ−ｒ−ｐ／２）／ｓｉｎθの関係を満たし、前記第２の直線導波路と前記第４の曲げ導波路との境界、および前記第３の直線導波路と前記第５の曲げ導波路との境界において、前記第２の導波路と前記第３の導波路とは交差していることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第４の態様は、上記第１の態様において、前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号が伝搬する経路と前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号が伝搬する経路は、前記入力端から前記PLCチップの出力端までの実効光路長が全て同じになるように設定されていることを特徴とする。
【００２２】
偏波ビームスプリッタで分離されたＸ偏波のコヒーレント変調信号（例えば、QPSK信号（Ｘ信号））とＹ偏波のコヒーレント変調信号（例えば、QPSK信号（Ｙ信号））がそれぞれ伝搬する光導波路の経路長に差があると、それらの信号が出力される時間に差が発生してしまう。上記第４の態様では、Ｘ信号が伝搬する経路とＹ信号が伝搬する経路が、入力端から出力端までの実効光路長が全て同じになるように設定されているので、ＸＹ偏波成分間のスキューを低減した高性能なPLC型受信器を実現することができる。
【００２３】
本発明の第５の態様は、上記第１の態様において、前記偏波ビームスプリッタは二つ以上あり、前記偏波ビームスプリッタ同士および前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路同士が近接して配置されていることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、偏波ビームスプリッタどうしおよび二つの９０度ハイブリッド回路どうしを近接して配置することで、複数ある経路を伝搬する信号光の実効光路長に差が生じるのが抑制されるので、異なる経路を通る信号光間のスキューが低減される。
【００２５】
本発明の第６の態様は、上記第５の態様において、前記偏波ビームスプリッタが二段以上カスケード接続されていることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、偏波ビームスプリッタの消光比を拡大することができる。
【００２７】
本発明の第７の態様は、上記第１の態様において、前記PLCチップは略正方形に近い矩形であり、該矩形のPLCチップの中央部に一段目の偏波ビームスプリッタが形成され、該一段目の偏波ビームスプリッタを挟んで並列的に二段目の第２および第３の偏波ビームスプリッタがそれぞれ形成されており、前記第２の偏波ビームスプリッタの、前記一段目の偏波ビームスプリッタと反対側に前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路の一方が形成され、前記第３の偏波ビームスプリッタの、前記一段目の偏波ビームスプリッタと反対側に前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路の他方が形成されていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、PLCチップの小型化を図ることができ、小型のPLC型復調器を実現することができる。
【００２９】
本発明の第８の態様は、上記第７の態様において、前記一段目の偏波ビームスプリッタの出力端と、前記第２の偏波ビームスプリッタの入力端とが、当該出力端から当該入力端へ向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きい曲げ導波路を折り返し導波路として接続されており、かつ、前記一段目の偏波ビームスプリッタの出力端と、前記第３の偏波ビームスプリッタの入力端とが、当該出力端から当該入力端へ向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きい曲げ導波路を折り返し導波路として接続されていることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、各曲げ導波路に、漏れ光による損失が問題とならない程度の曲げ半径を確保しながら、二つ以上の偏波ビームスプリッタおよび二つの９０度ハイブリッド回路を、１つのPLCチップ内に並列的に近接して配置することができる。従って、光学的特性を劣化させずに、小型のPLC型復調器を実現することができる。
【００３１】
本発明の第９の態様は、上記第７の態様において、前記第２の偏波ビームスプリッタの出力端と、前記二つの９０度ハイブリッド回路の一方の入力端とが、当該出力端から当該入力端へ向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きい曲げ導波路を折り返し導波路として接続されており、かつ、前記第３の偏波ビームスプリッタの出力端と前記二つの９０度ハイブリッド回路の他方の入力端とが、当該出力端から当該入力端へ向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きい曲げ導波路を折り返し導波路として接続されていることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、各曲げ導波路に、漏れ光による損失が問題とならない程度の曲げ半径を確保しながら、二つ以上の偏波ビームスプリッタおよび二つの９０度ハイブリッド回路を、１つのPLCチップに並列的に近接して配置することができる。従って、光学的特性を劣化させずに、小型のPLC型復調器を実現することができる。
【００３３】
本発明の第１０の態様は、上記第１の態様において、請求項８に記載の発明に係るPLC型DP-QPSK復調器は、前記偏波ビームスプリッタが、前記偏波ビームスプリッタの入力端としての入力側カプラおよび前記偏波ビームスプリッタの出力端としての出力側カプラと、該両カプラ間に接続された二つのアーム導波路とを備えたマッハツェンダー干渉計であることを特徴とする。
【００３４】
本発明の第１１の態様は、上記第９の態様において、前記偏波ビームスプリッタ、前記第２の偏波ビームスプリッタ、および前記第３の偏波ビームスプリッタがそれぞれ、偏波ビームスプリッタの入力端としての入力側カプラおよび偏波ビームスプリッタの出力端としての出力側カプラと、該両カプラ間に接続された二つのアーム導波路とを備えたマッハツェンダー干渉計であり、前記第２の偏波ビームスプリッタの出力側カプラのクロスポートと、前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路の一方の入力側カプラとが前記第１の折り返し導波路で接続されており、かつ、前記第３の偏波ビームスプリッタの出力側カプラのクロスポートと、前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路の他方の入力側カプラとが前記第２の折り返し導波路で接続されていることを特徴とする。
【００３５】
この構成によれば、第２の偏波ビームスプリッタと一方の９０度ハイブリッド回路とを接続する折り返し導波路の曲げ半径、および、第３の偏波ビームスプリッタと他方の９０度ハイブリッド回路とを接続する折り返し導波路の曲げ半径をそれぞれ大きくすることができる。さらに、それぞれの偏波ビームスプリッタの偏波消光比を高めることが期待できる。
【００３６】
本発明の第１２の態様は、上記第１の態様において、前記第２の入力ポートは、前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号と同じ偏波でかつ同じ波長のＸ偏波の局所発振光の入力ポートと、前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号と同じ偏波でかつ同じ波長のＹ偏波の局所発振光の入力ポートとを有することを特徴とする。
【００３７】
この構成によれば、二つの９０度ハイブリッド回路にそれぞれ入射する同じ偏波状態の二つの信号間のスキューを低減した高性能なPLC型受信器を実現することができる。
【００３８】
本発明の第１３の態様は、上記第１の態様において、前記偏波ビームスプリッタで分離された前記Ｘ偏波のコヒーレント変調信号が伝搬する第１の経路であって、前記偏波ビームスプリッタと前記第１の９０度ハイブリッド回路とを接続する第１の経路と、前記偏波ビームスプリッタで分離された前記Ｙ偏波のコヒーレント変調信号が伝搬する第２の経路であって、前記偏波ビームスプリッタと前記第２の９０度ハイブリッド回路とを接続する第２の経路と、前記第１の経路または前記第２の経路に挿入された半波長板とをさらに備え、前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路には、信号が同じ偏波状態でそれぞれ入射するように構成されていることを特徴とする。
【００３９】
偏波ビームスプリッタで分離されたX偏波のコヒーレント変調信号（例えば、QPSK信号（Ｘ信号））とＹ偏波のコヒーレント変調信号（例えば、QPSK信号（Ｙ信号））との間には複屈折によって生じる実効屈折率差が存在するため、これがスキューの要因となる。
【００４０】
この構成によれば、二つの９０度ハイブリッド回路にＸ信号とＹ信号が同じ偏波状態でそれぞれ入射するので、各９０度ハイブリッド回路に入射する信号間に複屈折に起因する実効屈折率差により発生するスキュー（時間差）を低減することができる。これにより、二つの信号間のスキューを低減した高性能なPLC型復調器を実現することができる。
【００４１】
本発明の第１４の態様は、上記第１３の態様において、前記第２の入力ポートの数は一つであり、前記第２の入力ポートから入力されるＸ偏波或いはＹ偏波の局所発振光を前記平面光波回路内で分離して前記第１および第２の９０度ハイブリッド回路にそれぞれ入射するように構成された経路をさらに備えることを特徴とする。
【００４２】
この構成によれば、局所発振光の光源（ＬＯ光源）として、Ｘ偏波或いはＹ偏波のＬＯ光を出力する一つのＬＯ光源のみを設ければよいので、受信器の製造コストを更に低減することができる。
【００４３】
本発明の第１５の態様は、上記第７の態様において、前記第２および第３の偏波ビームスプリッタのみを通過させる光を入力するための二つの検査用入力ポートと、前記第２および第３の偏波ビームスプリッタをそれぞれ通過した光を出力するための二つの検査用出力ポートとをさらに備え、前記一段目の偏波ビームスプリッタの二つのアーム導波路の少なくとも一方にヒータが設けられていることを特徴とする。
【００４４】
この構成によれば、二つの検査用出力ポートから出力される光を測定しながら、それぞれの出力ポートに対応した前記第２および第３の偏波ビームスプリッタの偏波消光比が所望の値を満たすように、電圧をヒータに印加して個別に位相トリミングを行う。これにより、第２および第３の偏波ビームスプリッタの偏波消光比を所望の値に調整することができる。
【００４５】
本発明の第１６の態様は、PLC型復調器を用いた光伝送システムであって、光波を変調して偏波多重された光信号を出力する送信機と、前記送信機から出力された前記偏波多重された光信号を伝送する光伝送路と、前記伝送路を伝送した前記偏波多重された光信号をコヒーレント受信する受信機とを備え、前記受信機は、局所発振光を出力する光源と、上記第１の態様に係るPLC型復調器と、Ｘ偏波のIチャンネル用およびＱチャンネル用の光検出器と、Ｙ偏波のIチャンネル用およびＱチャンネル用の光検出器と、デジタル信号処理回路とを備えることを特徴とする。
【００４６】
本発明の第１７の態様は、上記第１６の態様において、前記変調の方法は、四値位相変調であることを特徴とする。
【００４７】
本発明の一態様によれば、偏波ビームスプリッタと９０度ハイブリッド回路の接続損失をなくし、かつ、製造コストの低減を図ったPLC型復調器及びこれを用いた光伝送システムを実現することができる。
【００４８】
また、本発明の別の態様によれば、ＸＹ偏波成分間のスキューを低減した高性能なPLC型復調器及びこれを用いた光伝送システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１のPLC型DP-QPSK復調器で用いる偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を示す概略構成図である。
【図３】図１のDP-QPSK復調器で用いる９０度ハイブリッド回路を示す概略構成図である。
【図４】図３の９０度ハイブリッド回路の詳細を示す説明図である。
【図５】図３の９０度ハイブリッド回路で用いるＹ分岐カプラにおける出力導波路間ピッチの説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器の基本構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器の基本構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器の基本構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器の基本構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示すPLC型DP-QPSK復調器の入力部を示す拡大図である。
【図１１】図９に示す復調器における一つの折り返し導波路の詳細を示す説明図である。
【図１２】図１１の拡大図である。
【図１３】図９に示す復調器における別の折り返し導波路の詳細を示す説明図である。
【図１４】図１３の拡大図である。
【図１５】図９に示す復調器における別の折り返し導波路の詳細を示す説明図である。
【図１６】図９に示す復調器における別の折り返し導波路の詳細を示す説明図である。
【図１７】図９に示す復調器における別の折り返し導波路の詳細を示す説明図である。
【図１８】図９に示す復調器における別の折り返し導波路の詳細を示す説明図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器の基本構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器を用いた光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第７の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器の基本構成を示すブロック図である。
【図２２】図２１に示すPLC型DP-QPSK復調器の第２の折り返し領域の構成を説明するための図である。
【図２３】本発明の第８の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器の基本構成を示すブロック図である。
【図２４】本発明の第８の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器の基本構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明を具体化した実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００５１】
＜PLC型DP-QPSK復調器＞  
まず、偏波多重コヒーレント変調信号を受信するPLC型復調器の一例としての、DP-QPSK信号を受信するDP-QPSK変調方式のPLC型DP-QPSK復調器の各実施形態について説明する。  
（第1の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器）  
第1の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器１を図1乃至図５に基づいて説明する。
【００５２】
このPLC型DP-QPSK復調器１は、図示を省略した送信機から、直交するＸ偏波光およびＹ偏波光についてそれぞれ４値位相変調したＸ偏波のQPSK信号とＹ偏波のQPSK信号とを多重したDP-QPSK信号２を受信するDP-QPSK変調方式の復調器である。
【００５３】
なお、本明細書ではDP-QPSK変調方式の光伝送システムに用いる「DP-QPSK復調器」は、Ｘ偏波のQPSK信号とＹ偏波のQPSK信号とを多重したDP-QPSK信号（偏波多重四値位相変調信号）が入力され、偏波ビームスプリッタ（PBS）によって直交する二つの偏波成分に分離した後、各偏波成分の信号光と局所発振光（LO光）を90度ハイブリッドと呼ばれる干渉回路によって混合し、バランストフォトダイオード（B-PD）へ出力するデバイスを意味する。つまり、本明細書で言う「DP-QPSK復調器」は、B-PDを含まない、DP-QPSK変調方式の光伝送システムに用いる受信器である。
【００５４】
また本発明の復調器は、PBSと９０度ハイブリッドとを少なくとも含む復調器であって、その適用はDP-QPSK変調信号に限定されることなく、QAM（直交振幅変調）やOFDM（直交周波数分割多重）といった一般のコヒーレント変調方式を用いた光伝送システムにも適用することができる。以下では、本発明をDP-QPSK変調に適用することを想定して記述を行う。
【００５５】
PLC型DP-QPSK復調器（以下、復調器という。）１は、平面光波回路が形成された一つのPLCチップ３を備える。このPLCチップ３には、石英基板或いはシリコン基板などの図示を省略した基板上に、光ファイバ製造技術と半導体微細加工技術を組み合わせてコアとクラッドとを備える複数の光導波路を含む平面光波回路（PLC) が形成されている。このPLCは、例えば、石英系平面光波回路である。
【００５６】
PLCチップ３の入力端４には、偏波多重コヒーレント変調信号としてのDP-QPSK信号２の入力ポートＩｎ１と、局所発振光の入力ポートＩｎ２，Ｉｎ３とが設けられている。入力ポートＩｎ２には、Ｘ偏波のQPSK信号と同じ偏波でかつ同じ波長の局所発振光（Ｘ偏波のＬＯ光）が入力される。入力ポートＩｎ３には、Ｙ偏波のQPSK信号と同じ偏波でかつ同じ波長の局所発振光（Ｙ偏波のＬＯ光）が入力される。
【００５７】
PLCチップ３の出力端５には、信号光の出力ポートＯｕｔ１〜Ｏｕｔ８がそれぞれ設けられている。出力ポートＯｕｔ１、２からは、Ｘ偏波のQPSK信号が強度変調信号に変換された直交成分Ｉ、ＱのうちのＩチャネル成分（複素平面上における実部：ｃｏｓ成分）の信号光が、出力ポートＯｕｔ３、４からは、Ｘ偏波のQPSK信号が強度変調信号に変換された直交成分Ｉ、ＱのうちのＱチャネル成分（複素平面上における虚部：ｓｉｎ成分）の信号光がそれぞれ出力される。
【００５８】
また、出力ポートＯｕｔ５、６からは、Ｙ偏波のQPSK信号が強度変調信号に変換されたＩチャネル成分の信号光が、出力ポートＯｕｔ７、８からは、Ｙ偏波のQPSK信号が強度変調信号に変換されたＱチャネル成分の信号光がそれぞれ出力される。
【００５９】
PLCチップ３のPLC内には、DP-QPSK信号２をX偏波のQPSK信号（Ｘ信号）とＹ偏波のQPSK信号（Ｙ信号）とに偏波分離する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３０と、X偏波用およびＹ偏波用の二つの９０度ハイブリッド回路４１，４２とが集積されている。
【００６０】
ＰＢＳ３０は、図２に示すように、二つのカプラ３１、３２と、両カプラ３１，３２間に接続された２本のアーム導波路３３、３４とを有するマッハツェンダー干渉計（MZI）３５を備える。入力側のカプラ３１と出力側のカプラ３２は、それぞれ方向性結合器（ＤＣ）で構成された３dBカプラである。入力側のカプラ３１の二つの入力ポートの一方に入力光導波路７が接続されている（図１、図２参照）。すなわち、ＰＢＳ３０は、偏波多重コヒーレント変調信号としてのDP-QPSK信号２をＸ偏波の成分とＹ偏波の成分とに分離するように構成されている。
【００６１】
次に、９０度ハイブリッド回路４１，４２について説明する。
【００６２】
９０度ハイブリッド回路４１は、ＰＢＳ３０にて分離されたＸ偏波の信号としてのX偏波のQPSK信号と局所発振光とを混合して、X偏波のQPSK信号を直交成分Ｉ、Ｑに分離して出力する。すなわち、９０度ハイブリッド４１は、ＰＢＳ３０にて分離されたＸ偏波の信号と局所発振光とを混合して出力する。この９０度ハイブリッド回路４１は、図３に示すように、二つの入力側カプラ２０，２１と、二つの出力側カプラ２２，２３と、入力側のカプラ２０，２１と出力側のカプラ２２，２３との間に接続されたアーム導波路２４乃至２７とを備える。入力側のカプラ２０，２１にはＹ分岐カプラがそれぞれ使用され、出力側のカプラ２２，２３には波長無依存型方向性結合器（WINC）がそれぞれ使用されている。なお、以下の説明で、アーム導波路２４乃至２７を経路０〜経路３と呼ぶこともある。
【００６３】
９０度ハイブリッド回路４１の入力ポート４１ａにはＸ信号（X偏波のQPSK信号）が、入力ポート４１ｂにはX偏波のＬＯ光がそれぞれ入射される（図１、図３参照）。この９０度ハイブリッド回路４１では、Ｘ信号が入力側のカプラ２０で二分岐された後、経路０，２をそれぞれ通ってカプラ２２、２３の一方の入力ポートに入射するように構成されている。また、９０度ハイブリッド回路４１では、ＬＯ光が入力側のカプラ２１で二分岐された後、経路１，３をそれぞれ通ってカプラ２２、２３の他方の入力ポートに入射するように構成されている。
【００６４】
経路０，２の光路長は同じ長さＬであり、経路１，３の光路長は、経路１，３の光路差が位相換算で９０度となるように設定されている。例えば、経路１の光路長は経路０および２の光路長より位相換算でπ／４ラジアンに相当する量を長くし、経路３の光路長は経路０および２の光路長より位相換算でπ／４ラジアンに相当する量を短くしてもよい。
【００６５】
経路０（アーム導波路２４）は、図４に示すように、回転角＋θ１の曲げ導波路２４ａ、長さｌ１の直線導波路２４ｂ、回転角−θ１の曲げ導波路２４ｃ、長さｈの直線導波路２４ｄ、回転角−θ２の曲げ導波路２４ｅ、長さｌ２の直線導波路２４ｆ、および回転角＋θ２の曲げ導波路２４ｇと、を備える。各曲げ導波路の曲げ半径ｒは最適な値、例えば２０００μｍになっている。図４で、符号２４ｈは、位相トリミング用のヒータ２８を配置する区間である。
【００６６】
なお、曲げ導波路の回転角θの値を論ずるにあたって、その符号は光の進行方向に沿って反時計回りに回転する場合を正、光の進行方向に沿って時計回りに回転する場合を負と定義する。また、回転角θとは、曲げ導波路（屈曲した導波路）が、曲げ半径ｒ（曲率半径ｒ）の円弧と一致するときの該円弧を形成する２本の曲げ半径のなす角度（中心角）を言う。よって、曲げ半径ｒ、中心角（すなわち回転角）θである扇形の円弧が該回転角θの曲げ導波路の形状となる。
【００６７】
９０度ハイブリッド回路４１では、各曲げ導波路２４ａ，２４ｃ，２４ｅ，２４ｇの曲げ半径を固定にした条件で、四つのパラメータθ１、θ２、ｌ１、ｌ２を調整して、経路０の光路長を任意の光路長に調整できる構造になっている。他の経路１乃至３（アーム導波路２５乃至２７）も同様の構造になっている。
【００６８】
また、９０度ハイブリッド回路４１では、入力ポート４１ａ，４１ｂ間のピッチ（入力ポート間ピッチ）Ｐｉは、経路１と経路２とが交差する角度（交差角）αと、曲げ導波路２４ａの曲げ半径ｒ、Ｙ分岐カプラ２０，２１の出力導波路間ピッチＰｙ（図５参照）の値により、下記の式で一意に決定される。
Ｐｉ ＝ ２ｒ(１−ｃｏｓα) +Ｐｙ
なお、ここではアーム導波路２４〜２７の曲げ導波路は同一の曲げ半径ｒを有する。
【００６９】
９０度ハイブリッド回路４２も、９０度ハイブリッド回路４１と同様の構造を有する。以上の構成を有する復調器１では、まず入力ポートＩｎ１から入力されるDP-QPSK信号２が入力光導波路７を通ってＰＢＳ３０に入射し、ＰＢＳ３０によってＸ偏波のQPSK信号（Ｘ信号）とＹ偏波のQPSK信号（Ｙ信号）とに偏波分離される。Ｘ信号は光導波路８を通って９０度ハイブリッド回路４１の入力ポート４１ａに、Ｙ信号は光導波路９を通って９０度ハイブリッド回路４２の入力ポート４２ａにそれぞれ入射する。
【００７０】
９０度ハイブリッド回路４１では、入力ポートＩｎ２から光導波路１０を通って入射するＸ偏波のＬＯ光と光導波路８を通って入射するＸ信号とが混合される。すなわち、経路０を通るＸ信号と経路１を通るＬＯ光とが出力側のカプラ２２で混合されると共に、経路２を通るＸ信号と経路３を通るＬＯ光とが出力側のカプラ２３で混合される。
【００７１】
これにより、Ｘ偏波のQPSK信号であるＸ信号が強度変調信号に変換されたＩチャネル成分の信号光とＱチャネル成分の信号光とが独立に取り出される。Ｘ偏波におけるＩチャネル成分の信号光は、出力光導波路１１，１２を通って出力ポートＯｕｔ１，２から出力される。一方、Ｑチャネル成分の信号光は、出力光導波路１３，１４を通って出力ポートＯｕｔ３，４からそれぞれ出力される。なお、Ｘ偏波におけるＩチャネル成分およびＱチャネル成分の信号光は、図３に示すように、例えば光ファイバを介して或いは光ファイバを介さずにバランストフォトダイオード（B-PD）６１および６２にそれぞれ入力される。
【００７２】
一方、９０度ハイブリッド回路４２では、入力ポートＩｎ３から光導波路１９を通って入射するＹ偏波のＬＯ光と光導波路９を通って入射するY偏波のQPSK信号であるＹ信号（ＰＢＳ３０にて分離されたＹ偏波の信号）とが混合される。すなわち、９０度ハイブリッド４２は、ＰＢＳ３０にて分離されたＹ偏波の信号と局所発振光とを混合して出力する。これにより、Ｙ信号が強度変調信号に変換されたＩチャネル成分の信号光とＱチャネル成分の信号光とが独立に取り出される。Ｙ偏波におけるＩチャネル成分の信号光は、出力光導波路１５，１６を通って出力ポートＯｕｔ５，６から出力される。一方、Ｑチャネル成分の信号光は、出力光導波路１７，１８を通って出力ポートＯｕｔ７，８からそれぞれ出力される。Ｙ偏波におけるＩチャネル成分およびＱチャネル成分の信号光は、光ファイバを介して或いは光ファイバを介さずに、図示を省略したB-PDにそれぞれ入力される。
【００７３】
このように、復調器１は、９０度ハイブリッド回路４１，４２により、Ｘ信号とＸ偏波のＬＯ光、Ｙ信号とＹ偏波のＬＯ光とをそれぞれ混合するコヒーレント光伝送方式の復調器である。
【００７４】
また、復調器１では、出力ポートＯｕｔ１〜４からは、Ｘ信号のＩチャネルおよびＱチャネルが出力され、出力ポートＯｕｔ５〜８からは、Ｙ信号のＩチャネルおよびＱチャネルが出力される。
【００７５】
そして、復調器１では、複数ある信号光の経路、つまり、Ｘ信号光の経路とＹ信号光の経路について、入力端４から出力端５までの実効光路長が全て同じになるように設定されている。
【００７６】
例えば、復調器１では、Ｘ信号の経路とＹ信号の経路について、入力端４から出力端５までの実効光路長の差が所望の値以下となるように設定されている。ここで、光路長差を信号の到着時間差に変換した場合の所望の値は、一例として５ｐｓ以下であるのが好ましい。
【００７７】
具体的には、ＰＢＳ３０によって分離されたＸ信号の経路で、ＰＢＳ３０の出力部から出力ポートＯｕｔ１〜４に達するまでの４つの経路の実効光路長と、ＰＢＳ３０によって分離されたＹ信号の経路で、ＰＢＳ３０の出力部から出力ポートＯｕｔ５〜８に達するまでの４つの経路の実効光路長とがそれぞれ同じになるように設定されている。
【００７８】
以上の構成を有する第1の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。  
（１）PLCチップ３のPLC内に、DP-QPSK信号２をX偏波のQPSK信号（Ｘ信号）とＹ偏波のQPSK信号（Ｙ信号）とに分離するＰＢＳ３０と、X偏波およびＹ偏波用の二つの９０度ハイブリッド回路４１，４２とが集積されている。これにより、ＰＢＳと二つの９０度ハイブリッド回路とを用いてDP-QPSK復調器を構成する場合、ＰＢＳと二つの９０度ハイブリッド回路とを光接続のための調芯作業や接合作業が不要になる。その結果、ＰＢＳと二つの９０度ハイブリッド回路との間の接続損失が無く、製造コストを低減することができる。
【００７９】
（２）本発明者らは、ＰＢＳと９０度ハイブリッド回路を一つのPLC上に構成した場合、ＸＹ偏波成分間のスキューが大きくなってしまうという問題を発見し、これを改善する構成を発明した。
【００８０】
ＰＢＳで分離されたＸ偏波のQPSK信号（Ｘ信号）とＹ偏波のQPSK信号（Ｙ信号）とがそれぞれ伝搬する光導波路の経路長に差があると、それらの信号が出力される時間に差が発生してしまう。
【００８１】
そこで、本実施形態では、Ｘ信号の経路で、ＰＢＳ３０の出力部から出力ポートＯｕｔ１〜４に達するまでの４つの経路の実効光路長と、Ｙ信号の経路で、ＰＢＳ３０の出力部から出力ポートＯｕｔ５〜８に達するまでの４つの経路の実効光路長とがそれぞれ同じになるように設定されている。これにより、ＸＹ偏波成分間のスキューを低減した高性能なPLC型DP-QPSK復調器を実現することができる。
【００８２】
例えば、シンボルレートが25GSymbol/sでビットレートが100Gbit/sのDP-QPSK変調方式のPLC型DP-QPSK復調器において、ＸＹ偏波成分間のスキューを5ps以下にすることが可能になる。
【００８３】
（第２の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器）  
図６は、第２の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器１Ａの基本構成を示している。
【００８４】
このPLC型DP-QPSK復調器１Ａでは、上記第１の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器１において、ＬＯ光の入力ポートの数を一つとしている。本例では、一例として、ＬＯ光の入力ポートとして、Ｘ偏波のＬＯ光が入力される入力ポートＩｎ２のみが設けられている。
【００８５】
また、この復調器１Ａでは、Ｘ偏波のＬＯ光をPLC内で２分岐し、分岐された各Ｘ偏波のＬＯ光が９０度ハイブリッド回路４１，４２にそれぞれ入射するようになっている。Ｘ偏波のＬＯ光は、光導波路１０を通り、光導波路１０ａ、１０ｂに２分岐された後、９０度ハイブリッド回路４１，４２にそれぞれ入射する。
【００８６】
また、復調器１Ａでは、DP-QPSK信号２がＰＢＳ３０で偏波分離された各偏波（Ｘ偏波およびＹ偏波）の信号（それぞれ独立した情報により変調されており、以下ではＸ信号およびＹ信号という）のうちの片方が伝搬する経路中に半波長板（λ/2板）４０が挿入されている。この波長板４０はその主軸が、光の導波方向に対して垂直かつＰＬＣの面に平行な軸と４５度の角をなしており、これを通過した光のＸ偏波成分はＹ偏波に、Ｙ偏波成分はＸ偏波にそれぞれ変換される。これにより、各９０度ハイブリッド回路４１，４２には、Ｘ信号とＹ信号が同じ偏波状態で入射するようになっている。本例では、一例として、ＰＢＳ３０で偏波分離されたＹ信号が伝搬する光導波路９に半波長板４０が挿入されているので、各９０度ハイブリッド回路４１，４２に、Ｘ信号とＹ信号がともにＸ偏波の状態で、それぞれ入射するようになっている。ＰＢＳ３０で偏波分離された各偏波の信号間には複屈折によって生ずる実効屈折率差が存在するため、これがスキューの要因となるが、上記構成とすることでこれを低減することができる。
復調器１Ａにおけるその他の構成は、上記第１の実施形態に係る復調器１と同じである。
【００８７】
以上の構成を有する第２の実施形態によれば、上記第1の実施形態の奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
【００８８】
第１の実施形態に係る復調器１では、Ｘ偏波のＬＯ光を出力するＬＯ光源と、Ｙ偏波のＬＯ光を出力するＬＯ光源の二つの光源が必要である。これに対して、本実施形態に係る復調器１Ａでは、ＬＯ光源として、Ｘ偏波のＬＯ光を出力するＬＯ光源のみを設ければよいので、復調器１Ａを用いて構成される光伝送システムの製造コストを更に低減することができる。
【００８９】
なお、復調器１Ａでは、ＰＢＳ３０で偏波分離されたＹ信号が伝搬する光導波路９に半波長板４０が挿入されているが、ＰＢＳ３０で偏波分離されたＸ信号が伝搬する光導波路８半波長板４０を挿入しても良い。この構成では、各９０度ハイブリッド回路４１，４２に、Ｘ信号とＹ信号がともにＹ偏波の状態で、それぞれ入射する。このように、ＰＢＳ３０とＸ信号用である９０度ハイブリッド４１との間、またはＰＢＳ３０とＹ信号用である９０度ハイブリッド４２との間に半波長板４０を設けることによって、ＰＢＳ３０により分離されたQPSK信号の偏光状態を、Ｘ偏波またはＹ偏波に統一することができる。また、偏波を統一した後の２つのQPSK信号である、９０度ハイブリッド４１に入射されるQPSK信号、および９０度ハイブリッド４２に入射されるQPSK信号を、共に同じ実効屈折率の経路を伝搬させることができる。
【００９０】
このように、本実施形態では、上記半波長板４０を設けることによって、Ｘ偏波のQPSK信号およびＹ偏波のQPSK信号という２つのQPSK信号を多重したDP-QPSK信号を復調するにも関わらず一方の偏波のＬＯ光のみで復調でき、かつ複屈折起因のスキューを低減することができる。
【００９１】
（第３の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器）
図７は、第３の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器１Ｂの基本構成を示している。
【００９２】
このPLC型DP-QPSK復調器１Ｂでは、上記第１の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器１において、PLCチップ３のPLC内に三つのＰＢＳ３０，３６，３７が設けられている。第２のＰＢＳ（Ｘ）３６および第２のＰＢＳ（Ｙ）３７はそれぞれ、第１のＰＢＳ３０とカスケード接続されている。また、この復調器１Ｂでは、PLCチップ３の小型化を図るために、ＰＢＳ３６，３７同士および二つの９０度ハイブリッド回路４１，４２同士の空間的な配置をそれぞれ近接させている。
【００９３】
ＰＢＳ３６，３７は、上記第１の実施形態に係る復調器１のＰＢＳ３０と同様に、二つのカプラと、両カプラ間に接続された２本のアーム導波路３３、３４とを有するMZIである図２参照）。
【００９４】
この復調器１Ｂでは、まず入力ポートＩｎ１から入力されるDP-QPSK信号２が入力光導波路７を通って第１のＰＢＳ３０に入射し、第１のＰＢＳ３０によってＸ偏波のQPSK信号（Ｘ信号）とＹ偏波のQPSK信号（Ｙ信号）とに偏波分離される。Ｘ信号およびＹ信号は光導波路３８，３９を通って第２のＰＢＳ（Ｘ）３６および第２のＰＢＳ（Ｙ）３７にそれぞれ入射する。
【００９５】
第２のＰＢＳ（Ｘ）３６は、第１のＰＢＳ３０から出力されるＸ信号に含まれるＹ偏波成分をカットする。これにより、第２のＰＢＳ（Ｘ）３６からは消光比の高いＸ信号が光導波路８を介してＸ偏波用の９０度ハイブリッド回路（Ｘ）４１へ出力される。一方、第２のＰＢＳ（Ｙ）３７は、第１のＰＢＳ３０から出力されるＹ信号に含まれるＸ偏波成分をカットする。これにより、第２のＰＢＳ（Ｙ）３７からは消光比の高いＹ信号が光導波路９を介してＹ偏波用の９０度ハイブリッド回路（Ｙ）４２へ出力される。
【００９６】
なお、図７では、Ｘ偏波のＬＯ光およびＹ偏波のＬＯ光が、上記第１の実施形態に係る復調器１と同様に、９０度ハイブリッド回路（Ｘ）４１および９０度ハイブリッド回路（Ｙ）４２へそれぞれ入射するようになっている。復調器１Ｂのその他の構成は、復調器１と同様である。
【００９７】
以上の構成を有する第３の実施形態によれば、上記第1の実施形態の奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
【００９８】
Ｘ信号に対しては第1のＰＢＳ３０および第２のＰＢＳ（Ｘ）３６の二段構成とすることで、90度ハイブリッド（Ｘ）４１に入射する際の偏波消光比を高めることができる。またY信号に対しては第1のＰＢＳ３０および第２のＰＢＳ（Ｙ）３７の二段構成とすることで、90度ハイブリッド（Ｙ）４２に入射する際の偏波消光比を高めることができる。さらに、ＰＢＳ３６，３７どうしおよび二つの９０度ハイブリッド回路４１，４２どうしの空間的な配置をそれぞれ近接させているので、PLCチップ３の小型化を図ることができ、小型のPLC型DP-QPSK復調器を実現することができる。
【００９９】
（第４の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器）  
図８は、第４の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器１Ｃの基本構成を示している。このPLC型DP-QPSK復調器１Ｃでは、PLCチップ３のPLC内に、三つのＰＢＳ３０，３６，３７が設けられている。また、復調器１Ｃでは、一段目の第１のＰＢＳ３０と、第１のＰＢＳ３０を挟んで並列的に形成された二段目の第２のＰＢＳ（Ｘ）３６および第３のＰＢＳ（Ｙ）３７と、第２，第３のＰＢＳ３６，３７を挟んで並列的に形成された９０度ハイブリッド回路４１，４２とが設けられている。
【０１００】
第１のＰＢＳ３０と第２，第３のＰＢＳ３６，３７とがそれぞれ折り返し導波路４３，４４を介して接続され、第２のＰＢＳ３６，３７と９０度ハイブリッド回路４１，４２とがそれぞれ折り返し導波路４５，４６を介して接続されている。
【０１０１】
ここで、各折り返し導波路は例えば、PLC基板表面上において一定の曲率半径で１８０度の回転角度を有する曲がり導波路で構成されている。
【０１０２】
この復調器１Ｃでは、PLCチップ３の小型化を図るために、略正方形に近い矩形のPLCチップ３の狭い領域内に、すべての回路を配置する構成を採用している。復調器１Ｃのその他の構成は、復調器１と同様である。
【０１０３】
以上の構成を有する第４の実施形態によれば、上記第３の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器１Ｂを更に小型化することができる。
【０１０４】
（第５の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器）  
次に、第５の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器１Ｄを、図９乃至図１８に基づいて説明する。図９は、第５の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器１Ｄの基本構成を示している。なお、図１１乃至図１８において、＋θは曲げ導波路の回転角度θが正の値であることを、−θは曲げ導波路の回転角度θが負の値であることをそれぞれ示している。
【０１０５】
このPLC型DP-QPSK復調器１Ｄは、以下の構成を有する。  
（１）図９に示すように、上記復調器１Ｄにおいて、略正方形に近い矩形のPLCチップ３の中央部に一段目の長いＰＢＳ３０が形成され、このＰＢＳ３０を挟んで並列的に二段目の長いＰＢＳ３６，３７が形成されている。さらに、二段目のＰＢＳ（第２の偏波ビームスプリッタ）３６の図９の上側に９０度ハイブリッド回路４１が、二段目のＰＢＳ（第３２の偏波ビームスプリッタ）３７の図９の下側に９０度ハイブリッド回路４２がそれぞれ位置されている。
【０１０６】
（２）PLCチップ３の小型化を図るために、矩形のPLCチップ３の狭い領域内に、ＰＢＳ３０、３６、３７および９０度ハイブリッド回路４１，４２のすべての回路を配置する構成を採用している。
【０１０７】
（３）図９および図１０に示すように、入力ポートＩｎ２に入力するＸ偏波のＬＯ光は、Ｙ分岐カプラ７５により２分岐され、光導波路７６，７７を通って９０度ハイブリッド回路４１の入力側のカプラ２１，および９０度ハイブリッド回路４２の入力側のカプラ２１にそれぞれ入射するようになっている。ここで、光導波路７６，７７は、Ｙ分岐カプラ７５により２分岐されたＸ偏波のＬＯ光を、Ｙ分岐カプラ７５の近傍から図中において上下方向に伝搬させた後、図９で右方向に伝搬させて９０度ハイブリッド回路４１，４２の入力側のカプラ２１，２１にそれぞれ入射させるように形成されている。
【０１０８】
（４）図９および図１０に示すように、入力ポートＩｎ１に入力するDP-QPSK信号２は、Ｙ分岐カプラ７５を迂回する光導波路７３を通ってＰＢＳ３０の入力側のカプラ３１に入力される。
【０１０９】
（５）図９および図１１に示すように、一段目のＰＢＳ３０の出力側のカプラ３２と、その上側に形成された二段目のＰＢＳ３６の入力側のカプラ３６ａとが、前段側の光機能部分（カプラ３２）の出力端から後段側の光機能部分（カプラ３６ａ）の入力端に向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きい、すなわち、回転角度θの合計が＋１８０度より大きい曲げ導波路からなる折り返し導波路４３で接続されている。
【０１１０】
なお、本明細書で、矩形のPLCチップ３において、入力ポートに光が入射する方向をｘ方向（図９で左右方向）とし、このｘ方向に垂直な上下方向をｙ方向という。
【０１１１】
＋θの曲げ導波路と−θの曲げ導波路を組み合わせた折り返し導波路４３の回転角度θを、前段側の光機能部分の出力端から後段側の光機能部分の入力端に向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が以下の範囲となるように設定することで、PLCチップ３の上記ｙ方向の増分を抑制することができる。つまり、図９におけるPLCチップ３の上下方向、つまりPLC上に各光機能部分を並列的に集積する場合、該光機能部分が並べられる方向のサイズを小さくすることができる。
１８０°≦θ≦２７０°
【０１１２】
その回転角度θが１８０未満であると、折り返し導波路４３が出力端５側から入力端側に向けて負のｘ方向に（図９で左方向に）進む量が少ないので、好ましくない。また、その回転角度θが２７０°を越えると、折り返し導波路４３の終点が図中上方向に行かない、すなわち並列的に配置される後段側の光機能部分とは反対側(始点から負のｙ方向)に進んでしまうので、好ましくない。
【０１１３】
折り返し導波路４３は、出力側のカプラ３２側から順に、＋９０°の曲げ導波路４３ａ、＋９０°の曲げ導波路４３ｂ、および数度の曲げ導波路４３ｃからなる。
【０１１４】
この曲げ導波路４３ｃは、図１２に示すように、＋数度の曲げ導波路４３ｃ１と−数度の曲げ導波路４３ｃ２とを有し、この曲げ導波路４３ｃ２は、直線導波路４３ｃ３を介してＰＢＳ３６の入力側のカプラ３６ａに接続されている。
【０１１５】
これにより、各曲げ導波路４３ａ，４３ｂ，４３ｃに、漏れ光による損失が問題とならない程度の曲げ半径を確保しながら、PLCチップ３上において、一段目のＰＢＳ３０を挟むように、二段目のＰＢＳ３６を並列的に近接して配置することができる。
【０１１６】
（６）図９および図１３に示すように、一段目のＰＢＳ３０の出力側のカプラ３２と、その図中下側に並列的に形成された二段目のＰＢＳ３７の入力側のカプラ３７ａとが、前段側の光機能部分（カプラ３２）の出力端から後段側の光機能部分（カプラ３７ａ）の入力端に向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値、つまり回転角度θの合計が−１８０度より小さくなるような曲げ導波路からなる折り返し導波路４４で接続されている。なお、この場合は、負の回転角度（−θ）を有する曲げが連続して、その回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きくなっている。
【０１１７】
−θの曲げ導波路と＋θの曲げ導波路を組み合わせた折り返し導波路４４の回転角度θは、折り返し導波路４３と同様に上記の範囲に設定するのが好ましい。折り返し導波路４４は、出力側のカプラ３２側から順に、−９０°の曲げ導波路４４ａ、−９０°の曲げ導波路４４ｂ、および数度の曲げ導波路４４ｃからなる。
【０１１８】
曲げ導波路４４ｃは、図１４に示すように、−数度の曲げ導波路４４ｃ１と＋数度の曲げ導波路４４ｃ２とを有し、この曲げ導波路４４ｃ２は、直線導波路４４ｃ３を介してＰＢＳ３７の入力側のカプラ３７ａに接続されている。
【０１１９】
これにより、各曲げ導波路４４ａ，４４ｂ，４４ｃに、漏れ光による損失が問題とならない程度の曲げ半径を確保しながら、PLCチップ３上において、一段目のＰＢＳ３０を挟むように、二段目のＰＢＳ３７を並列的に近接して配置することができる。
【０１２０】
（７）図９および図１５に示すように、二段目のＰＢＳ３６の出力側のカプラ３６ｂと、その上側（正のｙ方向に（図９で上方向））に形成された９０度ハイブリッド回路４１の入力側のカプラ２０とが、正の回転角度（＋θ）の曲げ導波路と負の回転角度（−θ）の曲げ導波路とを組み合わせて、前段側の光機能部分（カプラ３６ｂ）の出力端から後段側の光機能部分（カプラ２０）の入力端に向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きくなるような折り返し導波路４５で接続されている。
【０１２１】
＋θの曲げ導波路と−θの曲げ導波路を組み合わせた折り返し導波路４５の回転角度θについても、折り返し導波路４３と同様に上記の範囲に設定するのが好ましい。この折り返し導波路４５は、出力側のカプラ３６ｂ側から順に、＋数１０°の曲げ導波路４５ａ、−数１０°の曲げ導波路４５ｂ、−９０°の曲げ導波路４５ｃ、直線導波路４５ｄ、−９０°の曲げ導波路４５ｅ、略−４５°の曲げ導波路４５ｆ、および略＋４５°の曲げ導波路４５ｇを有する。これにより、各曲げ導波路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ、４５ｅ、４５ｆ、および４５ｇに、漏れ光による損失が問題とならない程度の曲げ半径を確保しながら、二段目のＰＢＳ３６と９０度ハイブリッド回路４１とをPLCチップ３上において並列的に近接して配置することができる。補足すると、折り返し導波路４５の中ほどには直線導波路４５ｄがあるが、この直線導波路４５ｄの回転角度はゼロであるため、角度θの符号は反転しない。
【０１２２】
また、マッハツェンダー干渉計として構成されるＰＢＳ３６からの出射光は、出力側カプラ３６ｂの、折り返し導波路４３から見た場合のクロスポートを通過して折り返し導波路４５に入射する構成になっている。これにより、ＰＢＳの消光比を拡大すると同時に、折り返し導波路４５の曲げ半径をそれぞれ大きくすることができる。
【０１２３】
（８）図９および図１６に示すように、二段目のＰＢＳ３７の出力側のカプラ３７ｂと、その下側（負のｙ方向に（図９で下方向））に形成された９０度ハイブリッド回路４２の入力側のカプラ２０とが、正の回転角度（＋θ）の曲げ導波路と負の回転角度（−θ）の曲げ導波路とを組み合わせて、前段側の光機能部分（出力側のカプラ３７ｂ）の出力端から後段側の光機能部分の入力端（入力側のカプラ２０）へ向かう方向の回転角度（正の回転角度θ）の合計が＋１８０度より大きい曲げ導波路からなる折り返し導波路４６で接続されている。
【０１２４】
＋θの曲げ導波路と−θの曲げ導波路を組み合わせた折り返し導波路４６の回転角度θについても、折り返し導波路４３と同様に上記の範囲に設定するのが好ましい。この折り返し導波路４６は、出力側のカプラ３７ｂ側から順に、−数度の曲げ導波路４６ａ、＋数度の曲げ導波路４６ｂ、＋９０°の曲げ導波路４６ｃ、直線導波路４６ｄ、＋９０°の曲げ導波路４６ｅ、略＋４５°の曲げ導波路４６ｆ、および略−４５°の曲げ導波路４６ｇを有する。これにより、各曲げ導波路４６ａ，４６ｂ，４６ｃ、４６ｅ、４６ｆ、および４６ｇに、漏れ光による損失が問題とならない程度の曲げ半径を確保しながら、二段目のＰＢＳ３７と９０度ハイブリッド回路４２とをPLCチップ３上において並列的に近接して配置することができる。補足すると、折り返し導波路４６の中ほどには直線導波路４６ｄがあるが、この直線導波路４６ｄの回転角度はゼロであるため、角度θの符号は反転しない。
【０１２５】
また、マッハツェンダー干渉計として構成されるＰＢＳ３７からの出射光は、出力側カプラ３７ｂの、折り返し導波路４４から見た場合のクロスポートを通過して折り返し導波路４６に入射する構成になっている。これにより、ＰＢＳの消光比を拡大すると同時に、折り返し導波路４６の曲げ半径をそれぞれ大きくすることができる。
【０１２６】
（９）DP-QPSK信号２がＰＢＳ３０で偏波分離された各偏波成分（Ｘ偏波およびＹ偏波）の信号光（それぞれ独立した情報により変調されており、以下ではＸ信号およびＹ信号という）のうちの片方が伝搬する経路中に半波長板（λ/2板）４０が挿入されている。これにより、各９０度ハイブリッド回路４１，４２には、Ｘ信号とＹ信号が同じ偏波状態で入射するようになっている。本例では、一例として、ＰＢＳ３０で偏波分離されたＹ信号が通る折り返し導波路４６の直線導波路４６ｄに半波長板４０が挿入されているので、Ｘ信号とＹ信号がともにＸ偏波の状態で、それぞれ各９０度ハイブリッド４１，４２に入射するようになっている。
【０１２７】
（１０）各折り返し導波路４３，４４，４７，４８については、曲げ導波路の半径を最適な値、例えば２０００μｍから１８００μｍにするために、各曲げ導波路の幅を、例えば７μmにそれぞれ広げている。各折り返し導波路の終点では、導波路の幅はテーパーにより再び６μmに変換され、以降の導波路の曲げ径も２０００μmとする。
【０１２８】
このようにした理由は、限られたPLCチップ３のサイズの中で、出力ポートＯｕｔ１，２と出力ポートＯｕｔ３，４の間隔、出力ポートＯｕｔ３，４と出力ポートＯｕｔ５，６の間隔、および出力ポートＯｕｔ５，６と出力ポートＯｕｔ７，８の間隔をそれぞれ等しく（例えば６ｍｍ間隔に）するという要求を満たすためである。
【０１２９】
（１１）ＰＢＳ３６，３７の検査・調整のために、二段目のＰＢＳ３６，３７の検査用入力ポートＰ１，Ｐ４に光をそれぞれ入力し、ＰＢＳ３６，３７だけをそれぞれ通過させて検査用出力ポートＰ２，Ｐ３から出力させることができるようになっている。
【０１３０】
具体的には、図９に示すように、検査用入力ポートＰ１はＰＢＳ３６の入力側のカプラ３６ａの一方の入力ポートに接続されている。また、図９および図１７に示すように、ＰＢＳ３６の出力側のカプラ３６ｂのスルーポートと、検査用出力ポートＰ２に接続された光導波路７１とが、正の回転角度（＋θ）の曲げ導波路と負の回転角度（−θ）の曲げ導波路を組み合わせて、前段側の光機能部分（カプラ３６ｂ）の出力端から光導波路７１へ向かって、符号が反転しない回転角度（正の回転角度θ）の合計が＋１８０度より大きい曲がり導波路からなる折り返し導波路４７で接続されている。
【０１３１】
その折り返し導波路４７は、図１７に示すように、カプラ３６ｂ側から順に、＋数１０°の曲げ導波路４７ａ、＋９０°の曲げ導波路４７ｂ、＋９０°の曲げ導波路４７ｃ、略−４５°の曲げ導波路４７ｄ、および略＋４５°の曲げ導波路４７ｅを有する。これにより、各曲げ導波路４７ａ，４７ｂ，４７ｃ、４７ｄおよび４７ｅに、漏れ光による損失が問題とならない程度の曲げ半径を確保しながら、ＰＢＳ３６と光導波路７１とを並列的に近接した位置で接続することができる。
【０１３２】
一方、検査用入力ポートＰ４はＰＢＳ３７の入力側のカプラ３７ａの一方の入力ポートに接続されている。また、図９および図１８に示すように、ＰＢＳ３７の出力側のカプラ３７ｂのスルーポートと、検査用出力ポートＰ３に接続された光導波路７２とが、正の回転角度（＋θ）の曲げ導波路と負の回転角度（−θ）の曲げ導波路を組み合わせて、前段側の光機能部分（カプラ３７ｂ）の出力端から光導波路７２へ向かって、符号が反転しない回転角度θの合計の絶対値が１８０度より大きい曲がり導波路からなる折り返し導波路４８で接続されている。光導波路７２は、光導波路７１に近接した位置で、光導波路７１と同様に屈曲して延びている。
【０１３３】
その折り返し導波路４８は、図１８に示すように、カプラ３７ｂ側から順に、数度の曲げ導波路４８ａ、−９０°の曲げ導波路４８ｂ、−９０°の曲げ導波路４８ｃ、略＋４５°の曲げ導波路４８ｄ、および略−４５°の曲げ導波路４８ｅを有する。これにより、各曲げ導波路４８ａ，４８ｂ，４８ｃ、４８ｄおよび４８ｅに、漏れ光による損失が問題とならない程度の曲げ半径を確保しながら、ＰＢＳ３７と光導波路７２とを並列的に近接した位置で接続することができる。
【０１３４】
ＰＢＳ３０，３６，３７を構成するマッハツェンダー干渉計のそれぞれについて、上下各アームの少なくとも一方にはヒータが配置されている。ヒータに加える電圧を調整し、導波路の屈折率および複屈折の量を独立して制御することで、ＰＢＳとしての偏波消光比が所望の値となるように調整することが可能となる。その際、Ｐ１から光を入射してＰ２から出力される光を測定することで、ＰＢＳ３６だけを調整することができる。また、Ｐ４から光を入射してＰ３から出力される光を測定することで、ＰＢＳ３７だけを調整することができる。なお、Ｐ１とＰ２は入出力を入れ替えてもよく、またＰ３とＰ４についても入出力を入れ替えてもよい。ＰＢＳ３６の調整が終了した後、Ｐ２から光を入射してＩｎ１あるいはＩｎ２から出力される光を測定することで、ＰＢＳ３０の調整が可能となる。あるいは、ＰＢＳ３７の調整が終了した後、Ｐ３から光を入射してＩｎ１あるいはＩｎ２から出力される光を測定することでも、ＰＢＳ３０の調整が可能となる。
【０１３５】
復調器１Ｄにおけるその他の構成は、上記第１の実施形態に係る復調器１と同じである。  
以上の構成を有する第５の実施形態によれば、上記第1の実施形態の奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
【０１３６】
上記構成（１）、（２）により、PLCチップ３の小型化を図ることができ、小型のPLC型DP-QPSK復調器を実現することができる。
【０１３７】
上記構成（５）乃至（８）により、各曲げ導波路に、漏れ光による損失が問題とならない程度の曲げ半径を確保しながら、ＰＢＳ３６，３７および二つの９０度ハイブリッド回路４１，４２を、PLCチップ３において並列的に近接して配置することができる。従って、光学的特性を劣化させずに、小型のPLC型DP-QPSK復調器を実現することができる。上記構成（１１）により、ひとつのＰＬＣ上に集積した複数のＰＢＳを独立に調整することができる。
【０１３８】
ＰＢＳ３０と長いＰＢＳ３６，３７とをPLCチップ３上で近い位置に配置させることで、Ｘ信号とＹ信号との間のスキューを低減した高性能なPLC型DP-QPSK復調器を実現することができる。
【０１３９】
また、導波路の特性（例えば干渉計としての動作）が近くなるので、調整の手間が省ける。つまり、PLCチップ３上で複数のマッハツェンダー干渉計が存在するとき、それらの屈折率の値が同じであれば、アーム間光路差（物理的な長さ）の等しい干渉計は、同じ干渉条件（ＦＳＲの値や、伝達関数のピーク値を与える波長など）を示すので、調整の手間が省ける。
【０１４０】
また、ＰＢＳ３６，３７の出力側カプラ３６ｂ，３７ｂの、入力側導波路４３および４４から見た場合のクロスポートをそれぞれ通過して折り返し導波路４５，４６に入射する構成になっている。これにより、ＰＢＳの消光比を拡大すると同時に、折り返し導波路４５，４６の曲げ半径をそれぞれ大きくすることができる。
【０１４１】
このように本実施形態によれば、矩形のPLCチップ上にそれぞれ並列的に形成された偏波ビームスプリッタと９０度ハイブリッド回路、および一段目と二段目の偏波ビームスプリッタを、前段側の光機能部分の出力端から後段側の光機能部分の入力端へ向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きい曲げ導波路を折り返し導波路として接続されている。これにより、各曲げ導波路に、漏れ光による損失が問題とならない程度の曲げ半径を確保しながら、複数の偏波ビームスプリッタおよび二つの９０度ハイブリッド回路を、PLCチップ上に並列的に近接して配置することができる。従って、光学的特性を劣化させずに、小型のPLC型DP-QPSK復調器を実現することができる。
【０１４２】
（第６の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器）  
図１９は第６の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器１Ｅの基本構成を示している。この復調器１Ｅと図９に示す復調器１Ｄとの主な相違点は、以下の構成にある。
【０１４３】
（１）折り返し導波路４５，４６の一部をそれぞれ波長板スリット用の幅広導波路４５ａ，４６ａにするため、曲がりテーパーを使用している。この曲がりテーパーは、各幅広導波路４５ａ，４６ａの図中において上下の曲がっている部分になる。ここでの「曲がりテーパー」は、曲がりつつ、幅を変換する、すなわち幅が変化している導波路を意味する。
【０１４４】
（２）PLCチップ３の縦サイズを小型化するために、出力端５において、八つの出力ポートＯｕｔ１〜４およびＯｕｔ５〜８をそれぞれまとめて配置している。
【０１４５】
（３）検査ポートＰ１から入射した光は、ＰＢＳ３６を通った後、折り返し導波路４７および光導波路７１を通って検査ポートＰ２から出力される。一方、検査ポートＰ４から入射した光は、ＰＢＳ３７を通った後、折り返し導波路４８および光導波路７２を通って検査ポートＰ３から出力される。このように、本実施形態では、光導波路７１，７２の一方はＰＢＳ３０の上側（正のｙ方向に（図１９で上方向））に、その他方はＰＢＳ３０の下側（負のｙ方向に（図１９で下方向））に形成されている。
【０１４６】
以上のように、本発明は、複数の光機能部分を並列的に１つのPLC上に集積する場合において、前段側の光機能部分（カプラ）の出力端から後段側の光機能部分（カプラ）へ向かって、符号が反転しない回転角度の合計の絶対値が１８０度より大きい曲がり導波路を用いることを特徴とする。これによって、曲がり導波路を前段側および／あるいは後段側の光機能部分側に余分に張り出させた後に一部戻す構成とするため、並列的に集積された前段および後段側の光機能部分の間隔や各光機能部分の長手方向の配置の自由度が向上し、光集積回路の小型化を実現することができる。
【０１４７】
また、当該曲がり導波路を連続して一方向に曲げた回転角度の合計の絶対値を１８０度より大きくすることにより、さらに効果的に光集積回路の小型化を実現することができる。
【０１４８】
なお、本発明で用いられる曲がり導波路は、曲げによる過剰損失が問題とならない程度の一定の曲率半径とするのが望ましい。
【０１４９】
但し、本発明における「符号が反転しない」、「一方向に曲げ」等については、光集積回路の小型化に影響のない程度の微小な違いを排除するものではなく、本発明の主旨に基づいて適切に許容されるべきものである。
【０１５０】
（第７の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器）  
図２１は、第７の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器の基本構成を示している。
【０１５１】
本実施形態に係る復調器１Ｅでは、入力されたＱＰＳＫ信号およびＬＯ光を９０度ハイブリッド回路に入射する経路を２回折り返し、かつ１回目の折り返し領域（入力された光（ＱＰＳＫ信号およびＬＯ光）を入力方向と反対側に変化させる領域）と２回目の折り返し領域（上記反対側に進行している光を再び上記入力方向に変化させる領域）との間に、ＱＰＳＫ信号用およびＬＯ光用のＰＢＳをそれぞれ設けている。そして、Ｘ信号（Ｘ偏波のＱＰＳＫ信号）に対する該ＰＢＳから９０度ハイブリッド回路までの光路長と、Ｙ信号（Ｙ偏波のＱＰＳＫ信号）に対する該ＰＢＳから９０度ハイブリッド回路までの光路長とが少なくとも同一になるように、上記２回目の折り返し領域の構造を工夫している。
【０１５２】
図２１において、復調器１Ｅの入力端４には、偏波多重コヒーレント変調信号としてのDP-QPSK信号の入力ポートＩｎ１と、Ｘ偏波のＬＯ光およびＹ偏波のＬＯ光の双方を入力するための入力ポートＩｎ４が設けられている。また、入力端４から所定の距離だけ離間して、DP-QPSK信号をＸ信号とＹ信号とに分離するためのＰＢＳ３０、およびＸ偏波およびＹ偏波の多重ＬＯ光（Ｘ偏波のＬＯ光とＹ偏波のＬＯ光とが混合した光）をＸ偏波のＬＯ光とＹ偏波のＬＯ光に分離するためのＰＢＳ３０ａが設けられている。すなわち、ＰＢＳ３０およびＰＢＳ３０ａはそれぞれ入力端４から同一の距離だけ離間して、並列的に配置されている。なお、ＰＢＳ３０ａは、図２に示すＰＢＳ３０と同一の構造を有しており、二つのカプラ３１ａ、３２ａと、両カプラ３１ａ，３２ａ間に接続された２本のアーム導波路とを有するマッハツェンダー干渉計（MZI）である。
【０１５３】
入力ポートＩｎ１の後段には、第１の折り返し領域１０１ａを有し、入力ポートＩｎ１とＰＢＳ３０のカプラ３１（ＰＢＳ３０の入力側カプラ）とを接続する導波路１０１が設けられており、入力ポートＩｎ４の後段には、第１の折り返し領域１０２ａを有し、入力ポートＩｎ４とＰＢＳ３０ａのカプラ３１ａ（ＰＢＳ３０ａの入力側カプラ）とを接続する導波路１０２が設けられている。ＰＢＳ３０のＱＰＳＫ信号（Ｘ信号）の伝搬方向の後段側には９０度ハイブリッド回路４１が設けられており、ＰＢＳ３０ａのＱＰＳＫ信号（Ｙ信号）の伝搬方向の後段側には９０度ハイブリッド回路４２が設けられている。
【０１５４】
ＰＢＳ３０のカプラ３２（ＰＢＳ３０の出力側カプラ）と、９０度ハイブリッド回路４１のＹ分岐カプラ２０とは、第２の折り返し領域１０３ａを有する導波路１０３により接続されており、ＰＢＳ３０のカプラ３２と、９０度ハイブリッド回路４２のＹ分岐カプラ２０とは、第２の折り返し領域１０４ａを有する導波路１０４により接続されている。また、ＰＢＳ３０ａのカプラ３２ａ（ＰＢＳ３０ａの出力側カプラ）と、９０度ハイブリッド回路４１のＹ分岐カプラ２１とは、第２の折り返し領域１０５ａを有する導波路１０５により接続されており、ＰＢＳ３０ａのカプラ３２ａと、９０度ハイブリッド回路４２のＹ分岐カプラ２１とは、第２の折り返し領域１０６ａを有する導波路１０６により接続されている。
【０１５５】
図２１において、入力端４から該入力端４に対向する出力端５に向う矢印方向Ｐと直交する矢印方向Ｑに沿って、９０度ハイブリッド回路４１、ＰＢＳ３０、ＰＢＳ３０ａ、および９０度ハイブリッド回路４２がこの順番で配置されている。従って、Ｘ信号を伝搬するための導波路１０３はＸ偏波のＬＯ光を伝搬するための導波路１０５と交差し、Ｙ信号を伝搬するための導波路１０４は該導波路１０５とＹ偏波のＬＯ光を伝搬するための導波路と交差する。
【０１５６】
この復調器１Ｅと図９に示す復調器１Ｄとの主な相違点は、以下の構成にある。まず、復調器１Ｅにおいて、信号光用のＰＢＳ３０は一段のＭＺＩで構成されている。さらに、ＬＯ光用のＰＢＳ３０ａも一段のＭＺＩで構成され、ＰＬＣチップ３上に集積されている。信号光とＬＯ光の入力導波路および折り返し導波路、そしてＰＢＳの配置は入力端４から該入力端４に対向する出力端５に向う矢印方向Ｐ（横方向）に対して線対称な構成を有する。さらに、ＰＢＳ３０、３０ａを出力した後の４本の導波路１０３〜１０６を図２２の構成（詳細は後述する）にすることで、信号光（ＱＰＳＫ信号）のX偏波成分（X信号）とY偏波成分（Y信号）、そしてＬＯ光のX偏波成分とY偏波成分のそれぞれが伝搬する４つの導波路が、対称な形状で折り返される。従って、スキューの発生を低減して、それぞれの偏波成分に対応した二つの９０度ハイブリッドの入力ポートへとそれぞれ導くことができる。本構成によって、スキューの発生を低減した折り返し構成が可能となる上、チップサイズの小型化（特に横方向）に大きく寄与することになる。
【０１５７】
本実施形態では、上述のようにスキューの発生を低減するために、ＰＢＳ３０と９０度ハイブリッド回路４１との間のＸ信号用の経路（導波路１０３）、およびＰＢＳ３０と９０度ハイブリッド回路４２との間のＹ信号用の経路（導波路１０４）を同一の光路長にする。さらに、ＰＢＳ３０ａと９０度ハイブリッド回路４１との間のＸ偏波のＬＯ光用の経路（導波路１０５）、およびＰＢＳ３０ａと９０度ハイブリッド回路４２との間のＹ偏波のＬＯ光用の経路（導波路１０６）についても同一の光路長にする。これらを実現するために、本実施形態では、図２２に示すように第２の折り返し領域の構造に特徴がある。
【０１５８】
図２２は、導波路１０３〜１０６第２の折り返し領域の構成を説明するための図である。図２２において、導波路１０３は、曲げ半径ｒで中心角θの扇形の円弧と同一の形状の曲げ導波路（回転角＋θの曲げ導波路）１０３ｂ、所定の長さｌの直線導波路１０３ｃ、曲げ半径ｒで中心角（π−２θ）の扇形の円弧と同一の形状の曲げ導波路（回転角＋（π−２θ）の曲げ導波路）１０３ｄ、および残りの導波路１０３ｅを有している。導波路１０４は、曲げ半径ｒで中心角θの扇形の円弧と同一の形状の曲げ導波路（回転角−θの曲げ導波路）１０４ｂ、所定の長さｌの直線導波路１０４ｃ、曲げ半径ｒで中心角（π−２θ）の扇形の円弧と同一の形状の曲げ導波路（回転角−（π−２θ）の曲げ導波路）１０４ｄ、および残りの導波路１０４ｅを有している。導波路１０５は、回転角＋θの曲げ導波路１０５ｂ、所定の長さｌの直線導波路１０５ｃ、回転角＋（π−２θ）の曲げ導波路１０３ｄ、および残りの導波路１０５ｅを有している。さらに、導波路１０６は、回転角−θの曲げ導波路１０６ｂ、所定の長さｌの直線導波路１０６ｃ、回転角−（π−２θ）の曲げ導波路１０６ｄ、および残りの導波路１０６ｅを有している。
【０１５９】
このように、導波路１０３の曲げ導波路１０３ｂ〜曲げ導波路１０３ｄまでの形状と導波路１０５の曲げ導波路１０５ｂ〜曲げ導波路１０３ｄまでの形状とが同一であり、導波路１０４の曲げ導波路１０４ｂ〜曲げ導波路１０４ｄまでの形状と導波路１０６の曲げ導波路１０６ｂ〜曲げ導波路１０６ｄまでの形状とが同一である。さらには、導波路１０３の曲げ導波路１０３ｂ〜曲げ導波路１０３ｄまでの形状と、導波路１０４の曲げ導波路１０４ｂ〜曲げ導波路１０４ｄまでの形状とは、矢印方向Ｐに対して線対称である。
【０１６０】
本実施形態では、ＰＢＳ３０から９０度ハイブリッド回路４２に向う経路である導波路１０４と、ＰＢＳ３０ａから９０度ハイブリッド回路４１に向う経路である導波路１０５とが、直線導波路１０４ｃと曲げ導波路１０４ｄとの境界および直線導波路１０５ｃと曲げ導波路１０５ｄとの境界において交差しており、該交差角を２θに設定する。また、カプラ３２、３２ａにおける近接して配置された２本の導波路間の距離（ＤＣピッチ）をｐとすると。このとき、以下のように直線長ｌを決めれば、上述のように四つの導波路１０３，１０４，１０５，１０６を同一の形状とし、さらに導波路１０３と導波路１０５、導波路導波路１０５と導波路１０４、導波路１０４と導波路１０６が交差する際の交差角をすべて２θとすることができる。
【０１６１】
まず、ＰＢＳ３０の中心線すなわちカプラ３２の中心線（ともに図２１で矢印ｐに平行な線）から、直線導波路１０４ｃと直線導波路１０５ｃとが交差する点までの、矢印Qの方向にそった距離は、ｐ／２＋ｒ（１−ｃｏｓθ）＋ｌｓｉｎθである。この長さを、回転角が−（π−２θ）である曲げ導波路１０５ｄの前半部、すなわち回転角が−（π／２−θ）である曲げ導波路の矢印Qの方向にそった距離である、ｒｓｉｎ（π／２−θ）＝ｒｃｏｓθに一致させればよい。これから、  
ｐ／２＋ｒ（１−ｃｏｓθ）＋ｌｓｉｎθ＝ｒｃｏｓθ        （１）  
が成り立ち、該式（１）から
【数１】
2011027895.tif 000003
が得られる。  
【０１６２】
このように、直線導波路１０３ｃ、１０４ｃ、１０５ｃ、１０６ｃの長さｌについても、曲げ半径ｒ、角度θを決めると、一意に決定することができる。すなわち、直線導波路１０３ｃ、１０４ｃ、１０５ｃ、１０６ｃの前段に位置する曲げ導波路１０３ｂ、１０４ｂ、１０５ｂ、１０６ｂはそれぞれ同一の形状の扇側の円弧に相当し、直線導波路１０３ｃ、１０４ｃ、１０５ｃ、１０６ｃの後段に位置する曲げ導波路１０３ｄ、１０４ｄ、１０５ｄ、１０６ｄもそれぞれ同一の形状の扇側の円弧に相当する。よって、式（２）に従って直線導波路１０３ｃ、１０４ｃ、１０５ｃ、１０６ｃの各々について長さｌを求めれば、直線導波路１０３ｃ、１０４ｃ、１０５ｃ、１０６ｃの光路長を同一にすることができ、その結果、導波路１０３〜１０６の、導波路が折り返す領域（導波路１０３；曲げ導波路１０３ｂ、直線導波路１０３ｃ、曲げ導波路１０３ｄ、導波路１０４；曲げ導波路１０４ｂ、直線導波路１０４ｃ、曲げ導波路１０４ｄ、導波路１０５；曲げ導波路１０５ｂ、直線導波路１０５ｃ、曲げ導波路１０５ｄ、導波路１０６；曲げ導波路１０６ｂ、直線導波路１０６ｃ、曲げ導波路１０６ｄ）までは少なくとも同一または線対称な形状にすることができる。よって、導波路１０３〜１０６の、導波路が折り返す領域を同一の光路長にすることができる。
【０１６３】
なお、導波路が折り返した後の経路である、残りの導波路１０３ｅ、１０４ｅ、１０５ｅ、１０６ｅについては形状を統一する必要は無いが、９０度ハイブリッド回路（対応するＹ分岐カプラ）までの光路長は同一に設定されている。
【０１６４】
従って、導波路１０３〜１０６の光路長を同一にすることができ、スキューの発生を低減することができる。
【０１６５】
本実施形態の導波路１０３〜１０６の設計方法の一例を説明する。復調器の仕様に応じて曲げ導波路１０３ｂ、１０４ｂ、１０５ｂ、１０６ｂ、および曲げ導波路１０３ｄ、１０４ｄ、１０５ｄ、１０６ｄの曲率半径ｒを決定し、カプラ３２、３２ａのＤＣピッチｐを決定する。なお、曲げ導波路１０３ｂ、１０４ｂ、１０５ｂ、１０６ｂ、および曲げ導波路１０３ｄ、１０４ｄ、１０５ｄ、１０６ｄの曲げ半径は同一の値である。次に、導波路１０４と導波路１０５との交差角２θを決定する。例えば、導波路１０４、１０５の交差による損失を最小限にしたい場合は、交差角２θ＝９０度に設定すれば良い。
【０１６６】
このように交差角２θが決まると、それぞれの曲げ導波路の曲げ半径ｒが決まっているので、曲げ導波路１０３ｂ、１０４ｂ、１０５ｂ、１０６ｂ（回転角度θ）、および曲げ導波路１０３ｄ、１０４ｄ、１０５ｄ、１０６ｄ（回転角度（π−２θ））の形状が決まる。また、上記曲げ半径ｒ、ＤＣピッチｐ、および角度θを式（２）に代入することにより、直線導波路１０３ｃ、１０４ｃ、１０５ｃ、１０６ｃの長さｌを決定することができ、直線導波路１０３ｃ、１０４ｃ、１０５ｃ、１０６ｃの形状が決まる。
【０１６７】
このように、本実施形態では、上記交差角を、上記直線導波路、ならびに該直線導波路の前段および後段の曲げ導波路の設計パラメータに含めているので、導波路の折り返しを実現しつつ、該折り返しを実現する導波路部分の光路長を同一にする構造を、上記交差角に応じて容易に設計することができる。
【０１６８】
なお、曲げ導波路１０３ｄ、１０４ｄ、１０５ｄ、１０６ｄの回転角の絶対値は（π−２θ）に限定される。その理由は、回転角の絶対値が（π−２θ）を上回る場合、それぞれの上回った部分は残りの導波路１０３ｅ、１０４ｅ、１０５ｅ、１０６ｅに含まれるとみなしてよく、逆に回転角の絶対値が（π−２θ）を下回る場合は、曲げ導波路１０５ｄと曲げ導波路１０３ｄとが交差（あるいは曲げ導波路１０５ｄと直線導波路１０３ｃとが交差）する交差角を２θとすることができず、同様に曲げ導波路１０４ｄと曲げ導波路１０６ｄとが交差（あるいは曲げ導波路１０４ｄと直線導波路１０６ｃとが交差）する交差角を２θとすることができないためである。
【０１６９】
（第８の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器）  
図２３は第８の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器の基本構成を示している。
【０１７０】
図２３に示す復調器１Ｆは、図２１、２２に示す第７の実施形態に係る復調器１Ｅと基本構造は同一であるが、導波路のコアとクラッドの比屈折率差は一例として復調器１Ｅの場合は１．２％としているが、図２３に示す復調器１Ｆでは１．８％とする。これにより、曲げ導波路の曲げ半径を２ｍｍから１．２ｍｍに減少させることができる。その結果、復調器１Ｅの横の長さ（図２１の矢印Ｐの方向の長さ）が２５ｍｍ、縦の長さ（図２１の矢印Ｑの方向の長さ）が１６ｍｍであったのに対して、本実施形態の復調器１Ｆの横の長さを１５ｍｍ、縦の長さを１３ｍｍに小型化することができる。
【０１７１】
さて、本実施形態では、ＰＢＳ３０、３０ａに屈曲部を設けているので、形成されるヒータも屈曲することになる。よって、図２３に示すように、ＰＢＳ３０のアーム導波路上には、直線形状のヒータ１１０と、屈曲した形状のヒータ１１１とが形成されており、ＰＢＳ３０ａのアーム導波路上には、直線形状のヒータ１１０ａと、屈曲した形状のヒータ１１１ａとが形成されている。ヒータを屈曲させることにより、同じ長さで屈曲させない場合と比較して、横方向のサイズを縮小することができる。この復調器１Ｆの直線形状のヒータ１１０、１１０ａを省いた、さらなる小型を図った復調器１Ｇを図２４に示す。図２４に示す復調器１Ｇでは、上記直線形状のヒータ１１０、１１０ａを省くことでチップサイズをさらに小型化でき、縦横ともに１２ｍｍのサイズを実現することができる。
【０１７２】
＜光伝送システム＞  
次に、上記各実施形態で説明したPLC型DP-QPSK復調器を用いた光伝送システム５０の一実施形態を、図２０に基づいて説明する。
【０１７３】
この光伝送システム５０では、一例として、図６に示す上記第３の実施形態に係るPLC型DP-QPSK復調器１Ａを用いている。図２０に示す光伝送システム５０は、送信信号を位相変調してDP-QPSK信号を出力する送信機５１と、光ファイバで構成される光伝送路５２と、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier）５３と、ＡＷＧ５４と、受信機５５とを備える。
【０１７４】
送信機５１は、複数の波長（λ１〜λｎ）の光の各Ｘ偏波光および各Ｙ偏波光を４値位相変調したＸ偏波のQPSK信号とＹ偏波のQPSK信号とを波長多重したDP-QPSK信号２を出力する。つまり、送信機５１から光伝送路５２へは、複数の波長の光のDP-QPSK信号２が多重されたｎ波分のDP-QPSK信号が出力される。
【０１７５】
受信機５５は、Ｘ偏波のＬＯ光を出力するＬＯ光源５６と、PLC型DP-QPSK復調器１Ａと、一対のフォトダイオードを有する四つのバランストフォトダイオード(Ｂ−ＰＤ)６１〜６４と、デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）６５とを備える。
【０１７６】
Ｂ−ＰＤ６１，６３はそれぞれIチャンネル用の光検出器であり、Ｂ−ＰＤ６２，６４はそれぞれＱチャンネル用の光検出器である。また、デジタル信号処理回路６５は、Ｘ偏波とＹ偏波の各QPSK信号を復調した復調信号と同速度の同期したクロックを再生するクロック抽出回路や、このクロックによりサンプリングするＩチャンネル用及びＱチャンネル用のサンプリング回路や、各サンプリング信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などを備える。
【０１７７】
以上の構成を有する光伝送システム５０では、送信機５１から出力されるｎ波分のDP-QPSK信号は、光伝送路５２を伝搬し、EDFA５３で増幅された後、AWG５４に入射し、ＡＷＧ５４により分波される。ＡＷＧ５４により分波された複数の波長（λ１〜λｎ）の光のうち、例えば波長λｉのDP-QPSK信号が、復調器１Ａの入力ポートＩｎ１に入力される。
【０１７８】
入力ポートＩｎ１から入力された波長λｉのDP-QPSK信号２は、ＰＢＳ３０によってＸ偏波のQPSK信号（Ｘ信号）とＹ偏波のQPSK信号（Ｙ信号）とに偏波分離される。ＰＢＳ３０で偏波分離されたＹ信号が伝搬する光導波路９に半波長板４０が挿入されているので、各９０度ハイブリッド回路４１，４２には、それぞれＸ信号とＹ信号がともにＸ偏波で入射するようになっている。
【０１７９】
９０度ハイブリッド回路４１では、Ｘ偏波のＬＯ光とＸ信号とが混合され、Ｘ信号のＩ、Ｑチャネル成分に分離される。９０度ハイブリッド回路４１からＢ−ＰＤ６１にＸ信号におけるＩチャネル成分の信号光が出力され、９０度ハイブリッド回路４１からＢ−ＰＤ６２にＸ信号におけるＱチャネル成分の信号光がそれぞれ出力される。
【０１８０】
一方、９０度ハイブリッド回路４２では、Ｘ偏波のＬＯ光と、Ｘ偏波に変換されたＹ信号とが混合され、Ｙ信号のＩ、Ｑチャネル成分に分離される。９０度ハイブリッド回路４２からＢ−ＰＤ６３にＹ信号におけるＩチャネル成分の信号光が出力され、９０度ハイブリッド回路４２からＢ−ＰＤ６４にＹ信号におけるＱチャネル成分の信号光がそれぞれ出力される。
【０１８１】
B-PD６１からDSP６５には、Ｘ信号におけるＩチャネル成分の信号光（逆位相の二つの信号光）の強度差に応じた電流値の信号（バランス受信されたＩチャネル復調信号）が出力される。B-PD６２からＤＳＰ６５には、Ｘ信号におけるＱチャネル成分の信号光（逆位相の二つの信号光）の強度差に応じた電流値の信号（バランス受信されたＱチャネル復調信号）が出力される。Ｂ−ＰＤ６３からDSP６５には、Ｙ信号におけるＩチャネル成分の信号光（逆位相の二つの信号光）の強度差に応じた電流値の信号（バランス受信されたＩチャネル復調信号）が出力される。そして、Ｂ−ＰＤ６４からDSP６５には、Ｙ信号におけるＱチャネル成分の信号光（逆位相の二つの信号光）の強度差に応じた電流値の信号（バランス受信されたＱチャネル復調信号）が出力される。
【０１８２】
ＤＳＰ６５は、Ｂ−ＰＤ６１〜６４からそれぞれ出力される復調信号と同速度の同期したクロックをクロック抽出回路により再生し、Iチャンネル用及びQチャンネル用のサンプリング回路ではそのクロックにより復調信号をサンプリングしてサンプリング信号を生成する。各サンプリング信号はＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換され、DSP６５から受信信号が出力される。
【０１８３】
以上の構成を有する光伝送システムによれば、以下の作用効果を奏する。
（１）PLCチップ３のPLC内に、ＰＢＳ３０と二つの９０度ハイブリッド回路４１，４２とが集積されている復調器１Ａを用いているので、ＰＢＳと二つの９０度ハイブリッド回路とを光接続のための調芯作業や接合作業が不要になる。その結果、ＰＢＳと二つの９０度ハイブリッド回路との間の接続損失が無く、低コストの光伝送システム５０を製造することができる。
【０１８４】
（２）各９０度ハイブリッド回路４１，４２にそれぞれ入射する信号光の経路で、ＰＢＳ３０から出力ポートまでの経路の実効光路長がそれぞれ同じになるように設定された復調器１Ａを用いている。このため、同じX偏波であるＸ信号光およびＹ信号光間のスキューを低減した高性能な光伝送システムを実現することができる。
【０１８５】
例えば、シンボルレートが25GSymbol/sでビットレートが100Gbit/sのDP-QPSK変調方式の光伝送システムにおいて、同じX偏波である信号光間のスキューを5ps以下にすることが可能になる。
【０１８６】
（３）高密度波長分割多重（DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing）伝送方式の光ファイバ通信に特に有効な光伝送システムを実現することができる。
【０１８７】
（４）各B-PD６１〜６４から出力される信号（復調信号）の電流値は、DP-QPSK信号の振幅とＬＯ光の振幅の積に比例する。このため、ＬＯ光源５６から出力されるＬＯ光のパワーを増大させると、そのパワーの平方根に比例して各B-PD６１〜６４からの信号電流が増す。これにより、高性能な光伝送システムを実現することができる。このような利点が、信号光とＬＯ光を混合するコヒーレント光伝送方式の復調器を用いた光伝送システムで得られる。
【０１８８】
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。  
上記各実施の形態で説明した復調器では、PLC３上に、少なくとも一つのＰＢＳと、二つの９０度ハイブリッド回路と、これらを接続する光導波路とを含む一組の受信回路を形成しているが、PLC３上に複数組の受信回路を形成したPLC型DP-QPSK復調器にも本発明は適用可能である。このように構成したPLC型DP-QPSK復調器では、複数組の受信回路のうちの最適な一つの受信回路を選択でき、歩留まりが向上し、更なるコストの低減を図ることができる。
【０１８９】
図９で説明した復調器上記各実施の形態で説明した復調器１Ｄにおいて、折り返し導波路４３，４４，４５，４６，４７の少なくとも一つを、２回折り返して、元の向きに戻すようにしても良い。
【０１９０】
なお、上記の説明では偏波多重コヒーレント変調方式の中で、主にDP-QPSK変調信号の復調を行うことを想定して記述したが、本発明の復調器の適用は、DP-QPSK変調方式に限るものではなく、QAM（直交振幅変調）やOFDM（直交周波数分割多重変調）など、他のコヒーレント変調方式にも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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